塑料模具钢的贝氏体淬火方法 【技术领域】
本发明涉及一种贝氏体淬火方法，特别是一种塑料模具钢的贝氏体淬火方法。用于金属热处理技术领域。
背景技术
预硬型塑料模具钢是近10～20年内发展的钢种，主要有3Cr2MnMo和3Cr2NiMnMo两种。因为塑料模具钢使用要求较高，不允许型腔发生变形，目前主要采用的工艺方法是钢材经奥氏体化后油淬获得马氏体组织，并经较高温度下的回火，使其硬度保持在30～45HRC范围，然后进行型腔机械加工，完成机加工后直接应用。这种处理途径虽然解决了加工型腔变形问题，但因为工件硬度较低，相应模具使用寿命不高，假如要提高模具硬度，立即带来机加工困难的问题。同时，这种工艺方法往往造成模具工件心表硬度和显微组织相差较大，引起模具表面粗糙度不一致的弊病。这两方面将限制塑料模具钢应用范围。
经过文献检索，对塑料模具用钢和热处理较全面阐述的有：陈再枝、蓝德年编著《模具钢手册》(冶金工业出版社，2002年)，该手册P.40上叙述：不少塑料模具钢往往在预硬状态(30～45HRC)下进行加工成形，由于硬度较高，可切削性较差，尤其在高硬度区间(36HRC以上)。为了便于加工，延长刀具使用寿命，减少加工费用，发展一些专用的易切削塑料模具钢，如8Cr2MnSiWMoVS、5CrNiMnMoVCaS、3Cr2MoS等，即通过加入S、Pb、Se和Ca等合金元素来改善钢的切削加工性。这些元素一般为有害元素，在冶金生产工程中容易造成工业污染，这是推广易切钢的障碍之一，这类钢价格较昂贵，同时热处理过程较复杂，费用也较高。
【发明内容】
本发明针对现有技术的不足和缺陷，提出一种塑料模具钢的贝氏体淬火方法，使整体工件的硬度差比采用马氏体淬火和回火处理工艺方法的硬度差小，同时减小工件变形，并具有优良的性能，贝氏体组织相应硬度在40±1HRC范围内。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明对中碳、铬、镍、锰、钼预硬型塑料模具钢工件，在奥氏体化后进行空冷或相当于空冷冷却速度的氮气氛中进行冷却，从相应钢的TTT图或CCT图(等温转变动力学图或连续转变动力学图)可以看出，在这种冷却条件下，工件表面和心部均在400℃先后发生转变获得贝氏体组织，并获得在40±1HRC范围内的硬度。
以下对本发明作进一步的限定，方法步骤如下：
(1)采用AC1或AC3以上30～50的奥氏体化加热温度进行加热，AC1或AC3为相变温度，如对3Cr2MnMo为840～870℃，对3Cr2NiMnMo为850～870℃，或采用比AC1或AC3以上30～50℃温度高出50℃地奥氏体化温度进行加热，如3Cr2NiMnMo可采用900～930℃进行奥氏体化加热。
(2)按工件有效厚度计算加热均匀化时间进行均匀化处理；
(3)工件取出在空气中冷却或在相当于空冷冷却速度的氮气氛中冷却；
(4)工件表面和心部均在400℃先后发生转变获得贝氏体组织，相应获得40±1HRC的硬度；
(5)处理的工件采用600～650℃进行回火获得35～36HRC硬度下进行型腔加工或抛光，也可对型腔加工后的工件在塑料模具实际工作温度以上50～80℃的范围，进行回火处理获得40±1HRC的硬度。
采用真空热处理炉可以对型腔加工完成后的塑料模具进行上述(1)～(5)的处理，因为工件表心冷却速度缓慢和相变发生的温度及时间滞后不大，不会引起模具型腔的变形，同时防止工件的氧化、脱碳和保持工件光亮光洁。
处理的工件的回火温度可采用在塑料模具实际工作温度以上50～80℃的范围进行，如200～230℃，这样，模具的硬度不会下降很多，从而可延长塑料模具的使用寿命。或者处理的工件的回火温度采用600～650℃范围内进行，使模具达到35～36HRC的硬度进行型腔加工或抛光，这样模具的硬度和显微组织比马氏体淬火回火工艺更为均匀一致，从而有利于模具加工光洁度和模具质量的提高。
对上述预硬型塑料模具钢应用这种处理方法适用的工件尺寸可以用计算机进行模拟计算确定，也可以用试验方法求得。
本发明中，由于模具的显微组织和硬度比马氏体淬火和回火处理方法更为均匀一致，有利于降低其加工粗糙度。当型腔加工完成后的模具采用贝氏体淬火后于200～230℃的范围回火，模具具有40±1HRC的硬度，性能比原工艺方法有所提高，从而可以延长塑料模具的使用寿命。同时这种贝氏体淬火方法处理简单，可以节约热处理成本和模具制造成本。
【具体实施方式】
结合本发明方法的内容提供以下实施例：
实施例1
3Cr2MnMo塑料模具板材，外形尺寸为2450mm×1300mm×430mm(厚度)，在台车式燃气加热炉内加热，先于600℃预热1小时，后加热至920℃进行奥氏体化保持7小时。保温结束后，台车开出，并用行车吊起该模具板材在空气中冷却至室温，可以获得40±1HRC的均匀硬度，回火在600℃进行2.5～3小时，使整体模板达34～36HRC硬度，用于制作大尺寸塑料模具。
实施例2
已加工成型的塑料模具，外形尺寸400mm×550mm×250mm(厚度)，材料为3Cr2NiMnMo。在能进行气淬的真空炉内加热，预热温度600℃ 1.5小时，然后升至930℃进行奥氏体化加热，保温4小时。保温结束后，通入1bar氮气进行慢速冷却(相当于在空气中冷却)，得到40±1HRC的均匀硬度，冷却至室温后取出，再进入230℃真空回火炉中回火4小时，冷却后投入注塑加工，使用寿命可提高3倍以上。
实施例3
钢材生产的塑料模具板材，外形尺寸为795mm×3700mm×203mm(厚度)，材料为3Cr2NiMnMo，在大型台车式燃气炉内加热、预热温度取650℃，最终奥氏体化温度取900℃，保温3.5小时。台车开出后，用行车吊起该模板于静止空气中冷却至室温，后进入回火炉，回火温度650℃，时间4小时，可使整块模板心表硬度在30±1HRC范围内。
实施例4
800mm×1000mm×520mm(厚度)3Cr2MnMo模块在台车式燃气加热炉内加热，预热620℃，2.5小时，然后升至880℃保温8.5小时。迅速开出台车，用行车吊起模块在空气中冷却至室温，并于620℃回火4～5小时冷至室温。在厚度方向加工去掉10mm。可进行型腔加工，并经抛光，抛光后光洁度高而且均匀，硬度全部在31±1HRC范围内。