专利名称：热作模具钢组织双细化处理工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及冶金行业合金钢的热处理工艺，尤其是指高合金热作模具钢的热处理工艺。高合金热作模具钢经组织双细化控制技术处理后，其退火组织均勻细小，强韧性和等向性得到显著提高。
背景技术：
热作模具钢的工作条件恶劣，在工作时需长时间与加热的坯料甚至液态金属相接触，当炽热的金属放入热作模具型腔时，型腔表面急剧升温，表层产生压应力和压应变；当金属件取出时，型腔表面由于急剧降温而受到拉应力和拉应变作用，极易产生热疲劳等，并且热作模具钢在服役过程中，还要受到较大冲击载荷。因此要求模具材料具有高的热强度、 高温硬度、冲击韧性、淬透性和好的热稳定性和抗冷热疲劳性能等。钢的组织对材料性能的影响至关重要，尤其对热作模具钢而言，退火组织的偏析程度、碳化物的大小、分布情况等， 均对热作模具钢的硬度、冲击韧性以及热稳定性等机械性能有很大的影响。高合金热作模具钢是近年发展起来的一类高性能热作模具钢，具有良好的耐热性、抗热疲劳性和抗热塑性变形性等。但合金含量高，基体组织均勻性和微细化控制困难，容易出现微区成分偏析和组织粗大等，而且硬度高，机械加工也困难，因此，成品模具钢必须进行退火处理，一方面使得基体组织均勻，另一方面降低其硬度。徐进等人编著的《特殊钢丛书一模具钢》(冶金工业出版社1998年10月出版，ISBN7-5024-2172-6)中叙述的热作模具钢退火处理方法是一种普遍使用的常规退火处理工艺首先将热作模具钢放入可控气氛退火炉中，加热至 8600C- 900°C后保温25mm/h (mm是材料的厚度)；其次以小于或等于25°C /h的冷却速度冷却至500°C ；最后空冷至室温。经此退火处理后的高合金热作模具钢，虽然硬度可下降到 180 - 230HB，满足机加工的要求，但存在明显不足，如显微组织粗大、成分偏析，尤其是伪共晶碳化物和二次碳化物偏析、冲击韧性方向性差异较大，尤其是心部横向的冲击韧性值极差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高合金热作模具钢组织双细化热处理工艺，它在保证热作模具钢退火硬度在180 - 230HB的同时，可微细化、均勻化模具钢的显微组织，使模具钢的强韧性和等向性显著提高，从而提高了成品模具钢的使用寿命。本发明的高合金热作模具钢组织双细化处理工艺，其特征在于首先将通过电渣重熔后的电渣锭加热到1200 - 1300°C保温6 — 10小时后出炉空冷至室温，进行高温均质化处理，消除伪共晶碳化物并显著改善钢中的合金元素偏析，再进行重结晶退火处理，将高温均勻化处理后的电渣锭加热到800 - 850°C保温6 — 10小时后随炉冷却至室温，改善高温均质后的粗大组织，提高了后道的锻造加工工艺性；其次，控制热作模具钢的锻后快速冷却，抑制形变奥氏体的回复和再结晶，细化锻后组织，将退火后的钢锭加热至1100 -1150°C温度开始进行锻造加工，停锻温度> 850°C，锻造比> 6，锻造余热进行淬火油快速冷却；后续等温球化退火热处理，即先以100°c /h的升温速度将材料加热至略高于Acl温度(860°C— 890°C)后保温25 — 35mm/h (mm是材料的厚度)，然后以小于或等于30°C /h的冷却速度冷却至Arl温度附近(700 - 750°C)保温10 — 15mm/h (mm是材料的厚度)，再以小于或等于40°C /h的冷却速度缓慢冷至350°C出退火炉空冷，使材料的组织转变为珠光体和碳化物的平衡态组织，进一步细化晶粒和碳化物，从而达到双细化的目的。经双细化处理的热作模具钢，常规工艺淬回火处理后，由于组织细小均勻，在相同硬度前提下，强韧性、等向性将显著提高。
图1为普通H13热作模具钢经过常规技术处理后的退火组织。图2为普通H13热作模具钢经过本发明技术处理后的退火组织。
具体实施例方式现将本发明的具体实施例叙述于下。 实施例本实例中，将当前广泛应用的H13热作模具钢作为研究对象。1、H13钢的具体工艺过程如下
(1)高温均勻化处理将通过电渣重熔后的电渣锭加热到1250°C保温8小时后出炉空
冷至室温；
(2)重结晶退火将高温均质化后的电渣锭放入退火炉中加热至830°C进行退火，退火时间为8小时，然后随炉冷却至室温；
(3)锻造将退火后的钢锭加热至1100°C温度开始进行锻造加工，停锻温度>850 锻造比> 6，锻造余热进行淬火油快速冷却；
(4)等温球化退火将锻后快冷的钢锭加热至860°C后保温30mm/h(mm是材料的厚度)， 然后以小于或等于30°C /h的冷却速度冷却至730°C保温10mm/h (mm是材料的厚度)，再以小于或等于40°C /h的冷却速度缓慢冷至350°C出退火炉空冷至室温。2、金相组织
附图1为普通H13钢的退火组织金相照片，从图1 (b)中可以看出组织中的碳化物细小而均勻的分布在基体上，偏析现象消除。3、冲击实验
在坯料上取横向冲击试样，试样尺寸为7mmX10mmX55mm (采用北美压铸协会标准)。在室温下的冲击功值彡300J。
权利要求
1. 一种热作模具钢组织双细化处理工艺，其特征在于该处理工艺具有如下步骤A.高温均勻化处理将热作模具钢通过电渣重熔后的电渣锭加热到1200- 1300°C保温6 — 10小时后出炉空冷至室温；B.重结晶退火将高温均质化后的电渣锭放入退火炉中加热至800— 850°C进行退火， 退火时间为6 - 10小时，然后随炉冷却至室温；C.锻造将退火后的钢锭加热至1100- 1150°c温度开始进行锻造加工，停锻温度 ^ 850°C，锻造比> 6，锻造余热进行淬火油快速冷却；D.等温球化退火将锻后快冷的钢锭加热至860°C— 890°C后保温25 — 35mm/h，然后以小于或等于30°C /h的冷却速度冷却至700 - 750°C保温10 — 15mm/h，再以小于或等于 400C /h的冷却速度缓慢冷至350°C出退火炉空冷至室温。
全文摘要
本发明涉及一种热作模具钢组织双细化处理工艺，首先将通过电渣重熔后的电渣锭加热到1200－1300℃保温6－10小时后出炉空冷，进行高温均质化处理，再进行重结晶退火处理，将高温均匀化处理后的电渣锭加热到800－850℃保温6－10小时后随炉冷却；其次，控制热作模具钢的锻后快速冷却，后续等温球化退火热处理，将材料加热至略高于Ac1温度后保温，然后以小于或等于30℃/h的冷却速度冷却至Ar1温度附近保温，再以小于或等于40℃/h的冷却速度缓慢冷至350℃出退火炉空冷，使材料的组织转变为珠光体和碳化物的平衡态组织，进一步细化晶粒和碳化物，从而达到双细化的目的。经双细化处理的热作模具钢，常规工艺淬回火处理后，由于组织细小均匀，在相同硬度前提下，强韧性、等向性将显著提高。
文档编号C21D1/26GK102206739SQ20111011317
公开日2011年10月5日 申请日期2011年5月4日 优先权日2011年5月4日
发明者吕广奇, 吴晓春, 周青春, 汪宏斌, 闵永安 申请人:上海大学