冷作模具钢薄件的微变形淬火热处理工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种冷作模具钢薄件的微变形淬火热处理工艺，包括以下步骤：将工件加热至淬火温度；工件预冷至Ar3＋30℃～Ar3＋50℃；工件快速油淬至表面温度低于Ms点，心部温度至Ms＋30℃～Ms＋50℃；淬火后低温回火。本发明的热处理工艺通过合理控制预冷温度和淬火冷却温度来减小薄件工件变形量，降低能耗和节约成本，并且不对工件的力学性能造成影响，从而把油冷淬火技术应用到热处理后对硬度、精度和耐磨性都有特殊要求的精密工件上，进一步扩大了油冷淬火热处理工艺的应用。本发明可应用于冷作模具钢薄件的热处理。
【专利说明】冷作模具钢薄件的微变形淬火热处理工艺
【技术领域】
[0001] 本发明涉及热处理领域，特别是涉及一种冷作模具钢薄件的微变形淬火热处理工 艺。
【背景技术】
[0002] 钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3 (亚共析钢）或ACl (过共析钢）以上温度， 保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下 (或Ms附近等温）进行马氏体(或贝氏体）转变的热处理工艺。淬火的目的是使过冷奥氏体 进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅 提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同 使用要求。因此，淬火热处理技术在工业生产中被广泛应用。
[0003] 根据冷作模具钢淬透性不同，淬火的冷却方法可分为气淬和油淬。气淬即将工件 在真空加热后向冷却室中充以高纯度中性气体(如氮）进行冷却，其成本较高，适用于气淬 的有高速钢和高碳高铬钢等马氏体临界冷却速度较低的材料，而且价格比较高。气淬的主 要优点是淬火后变形较小。油淬即将工件加热后浸入淬火油中进行冷却，油淬对材料的淬 透性要求没有气淬高，价格较低，但淬火后变形较大，尤其是薄件变形更大，使得油冷淬火 技术在实际应用中受到一定限制。
【发明内容】
[0004] 为了克服上述技术问题，本发明的目的在于提供一种冷作模具钢薄件的微变形淬 火热处理工艺，从而节约成本、减小薄件工件的变形。
[0005] 本发明所采用的技术方案是： 一种冷作模具钢薄件的微变形淬火热处理工艺，包括以下步骤： a. 将工件加热至淬火温度； b. 工件预冷至 Ar3 + 30°C?Ar3 + 50°C ; c. 工件快速油淬至表面温度低于Ms点，心部温度至Ms + 30°C?Ms + 50°C ; d. 淬火后低温回火。
[0006] 步骤b中工件加热预冷至Ar3十30°C?Ar3十50°C温度的原因是，该温度区域过 冷奥氏体十分稳定，不发生相变，因此得到的淬火组织与奥氏体化后直接淬入油中得到的 组织一样。由于预冷后工件温度较低，内外温差减小，从而减小热应力和相变应力，达到淬 火后工件微变形目的。
[0007] 步骤c中快速淬火的意义在于：1、使工件表面温度低于Ms点以下，获得马氏体组 织；2、工件心部温度至Ms + 30°C?Ms + 50°C，获得马氏体加贝氏体组织。硬度较高的马 氏体组织包裹硬度较低，塑性较好的马氏体加贝氏体组织形成压应力，使工件不易变形，从 而在获得高硬度的同时减小变形量。
[0008] 作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤a中，工件加热至淬火温度的下限温 度。采用较低的淬火温度淬火，具有三个优点：1、减小热应力，从而减小工件变形量；2、冷 作模具钢淬火温度较低，提高Ms点可获得高硬度；3、加热温度低还节省了用电量，从而节 约了能源。
[0009] 作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤b中，工件预冷时间t?12+3D，其中t 为预冷时间，单位为秒，D为工件截面厚度，单位为毫米。
[0010] 作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤C中，淬火时间t?120+D，其中t为淬 火时间，单位为秒，D为工件截面厚度，单位为毫米。
[0011] 作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤d采用两次低温回火。第一次低温回 火使表面马氏体被回火，析出ε -碳化物，并在最终回火时也不会改变，同时使得心部贝氏 体被回火发生转变。第二次低温回火使表面和心部组织被回火，获得高硬度的同时也获得 很好的使用性能。
[0012] 作为上述技术方案的进一步改进，所述每次回火保温3小时。
[0013] 作为上述技术方案的进一步改进，所述每次回火均在160°C下进行。
[0014] 本发明的有益效果是：本发明的热处理工艺通过合理控制预冷温度和淬火冷却温 度来减小薄件工件变形量，降低能耗和节约成本，并且不对工件的力学性能造成影响，从而 把油冷淬火技术应用到热处理后对硬度、精度和耐磨性都有特殊要求的精密工件上，进一 步扩大了油冷淬火热处理工艺的应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。
[0016] 图1是本发明的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0017] 实施例1 : 某单位长期使用的薄板类模具(长700mmX宽600mmX厚15mm)，热处理技术要求： 1.表面硬度：60?62HRC ; 2.变形量：< 0. 7_。原来为了控制变形量只能采用价格较高 的Crl2M〇V材料，将工件加热至1020°C用气冷的淬火工艺。
[0018] 目前选取长700mmX宽600mmX厚15mm，材料为Cr8的实验模具，热处理工艺如 下： 1. 将模具垂直摆放，随炉升温至600°C保温一段时间； 2. 升温至960°C保温60分钟； 3. 将工件预冷57秒，淬入油中135秒，出油即回火； 4. 180°C回火两次，每次保温3小时。
[0019] 在本实施例中，对Cr8薄板模具处理后得到的技术参数如下： 1.表面硬度：61?62HRC。
[0020] 2·变形量：0· 35臟。
[0021] 在采用了上述热处理工艺后，用价格便宜的Cr8材料完全代替了 Crl2M〇V，在满 足使用要求的前提下产生了巨大的经济效益。
[0022] 实施例2 : 某单位长期使用的薄板类模具(外径500mmX内径lOOmmX厚12mm)，热处理技术要求： 1.表面硬度：61?62HRC ; 2.变形量：< 0. 25mm。原来为了控制变形量只能采用价格较高 的Crl2材料，将工件加热至1010°C在盐浴炉用等温淬火工艺。
[0023] 目前选取外径500mmX内径lOOmmX厚12mm，材料为GCr 15的实验模具，热处理工 艺如下： 1. 将模具垂直摆放，随炉升温至600°C保温一段时间； 2. 升温至830°C保温50分钟； 3. 将工件预冷48秒，淬入油中132秒，出油即回火； 4. 180°C回火两次，每次保温3小时。
[0024] 在本实施例中，对GCr 15薄板模具处理后得到的技术参数如下： 1.表面硬度：61?62HRC。
[0025] 2.变形量：0· 15mm。
[0026] 在采用了上述热处理工艺后，用价格便宜的GCrl5材料完全代替了 Crl2，在满足 使用要求的前提下产生了巨大的经济效益。
[0027] 实施例3 : 某单位长期使用的薄板类模具(长600mmX宽200mmX厚10mm)，热处理技术要求： 1.表面硬度：58?62HRC ; 2.变形量：< 0. 5mm原来为了控制变形量只能采用价格较高的 SKD11材料，将工件加热至1020°C用气冷的淬火工艺。
[0028] 目前选取长600mmX宽200mmX厚10mm，材料为Crl2的实验模具，热处理工艺如 下： 1将模具垂直摆放，随炉升温至600°C保温一段时间； 2升温至980°C保温50分钟； 3. 将工件预冷42秒，淬入油中130秒，出油即回火； 4. 180°C回火两次，每次保温3小时。
[0029] 在本实施例中，对Cr 12薄板模具处理后得到的技术参数如下： 1.表面硬度：60?62HRC。
[0030] 2.变形量：0· 3mm。
[0031] 在采用了上述热处理工艺后，用价格便宜的Crl2材料完全代替了 SKD11，在满足 使用要求的前提下产生了巨大的经济效益。
[0032] 以上所述只是本发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制。
【权利要求】
1. 一种冷作模具钢薄件的微变形淬火热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤： a. 将工件加热至淬火温度； b. 工件预冷至 Ar3 + 30°C?Ar3 + 50°C ; c. 工件快速油淬至表面温度低于Ms点，心部温度至Ms + 30°C?Ms + 50°C ; d. 淬火后低温回火。
2. 根据权利要求1所述的冷作模具钢薄件的微变形淬火热处理工艺，其特征在于：所 述步骤a中，工件加热至淬火温度的下限温度。
3. 根据权利要求1所述的冷作模具钢薄件的微变形淬火热处理工艺，其特征在于：所 述步骤b中，工件预冷时间t?12+3D，其中t为预冷时间，单位为秒，D为工件截面厚度， 单位为毫米。
4. 根据权利要求1所述的冷作模具钢薄件的微变形淬火热处理工艺，其特征在于：所 述步骤c中，淬火时间t?120+D，其中t为淬火时间，单位为秒，D为工件截面厚度，单位为 毫米。
5. 根据权利要求1所述的冷作模具钢薄件的微变形淬火热处理工艺，其特征在于：所 述步骤d采用两次低温回火。
6. 根据权利要求5所述的冷作模具钢薄件的微变形淬火热处理工艺，其特征在于：所 述每次回火保温3小时。
7. 根据权利要求5或6所述的冷作模具钢薄件的微变形淬火热处理工艺，其特征在于： 所述每次回火均在160°C下进行。
【文档编号】C21D9/00GK104152638SQ201410349478
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】张小聪, 焦国祥, 高阳 申请人:广州市机电工业研究所