大尺寸1.2382铸钢模具镶块的铸造方法与流程

本发明属于模具铸造技术领域。

背景技术：

以铸代锻是当今模具制造业发展的趋势。模具制造技术飞速发展，在欧美日汽车模具制造中，使用铸件的数量占模具使用黑色材料的95％以上。使用铸件制作模具与锻件比较可以节约大量原材料，节省数控加工费用，降低动能消耗，缩短生产周期。欧洲、美国和日本等发达国家汽车模具制造业都已率先使用铸件代替锻件制作模具，如德系模具制造标准要求使用铸高碳高合金钢材料，比如1.2382铸钢。目前，在使用1.2382铸钢过程中存在许多问题。铸件与锻件的最大区别是铸件的强韧性比锻件要低得多，尤其是高碳高合金铸钢1.2382。以往我们在使用1.2382的过程中，热处理开裂比较多，其中，小件的1.2382模具镶块开裂较少，较大模具镶块尺寸(高或宽大于80mm或100mm的镶块)，几乎都开裂，而这样尺寸的镶块正是模具制造中常用的，1.2382铸钢热处理开裂给模具制造带来极大困难。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能够使大尺寸(宽100mm×高80mm×长100mm≤镶块尺寸≤600mm×400mm×150mm，镶块内部中空，壁厚50mm左右)1.2382铸钢模具镶块，在后续的淬火和回火处理时不开裂的方法，具体步骤如下：

1)当钢水浇注结束后，铸钢从浇注温度以14～18℃/min自然冷区至940～980℃时脱去铸造模具，在空气中冷却或用其他方法使铸件以25～28℃/min的速度冷却到500℃；

2)冷却至500℃后再以1.0～2.5℃/min的冷却速度缓慢冷却至室温；

3)去掉铸件的冒口后，立即将铸件送入退火炉中，在850～860℃的退火温度下进行退火处理2小时；退火后在720℃保温时间为5～6或7～8小时；

4)铸钢件经冷加工后，淬火然后再回火2～3次。

步骤2)中对于环境温度较低的情况下应当先冷却至500℃后再缓慢冷却至室温；具体可采用坑冷或用热砂埋入冷却的方法。

步骤4)中淬火和回火时时应当按照高淬高回或低淬低回的原则进行；高淬高回时1010～1150℃淬火，500～520℃回火；低淬低回时960～1000℃淬火，180～250℃回火。

高淬高回温度优选1020℃淬火，510℃～515℃回火。

低淬低回温度优选1000℃淬火，200℃回火。

本发明的有益效果：

本发明方法使空心大件铸钢镶块的冷却速度与原来实心小件铸钢镶块的冷却速度相同，并使空心大件获得与原来实心小件铸钢镶块相同或相近的金相组织，这种金相组织，就是使较大模具镶块的获得网眼较小，网壁较薄，均匀的网状碳化物加珠光体组织，这样的金相组织在热处理时，铸钢件不易开裂。

附图说明

图1热处理时开裂的模具镶块的金相组织；

图2热处理后小件模具镶块的金相组织；

图3使用本发明方法进行热处理后的大尺寸模具镶块的金相组织；

图4实施例1模具镶块形状示意图；

图5实施例2模具镶块形状示意图；

图6实施例3模具镶块形状示意图；

图7烧壳铸造工艺烧壳方法示意图。

具体实施方式

下面根据模具形状和工艺，选取了4个实施例对本发明技术方案作进一步解释和说明。

实施例1

水玻璃砂模型铸造工艺掏空镶块(形状如图4)

模具钢镶块尺寸为100mm(宽)×80mm(高)×长<600mm(长)×400mm(宽)×150mm(平均高度)以内，心部掏空，壁厚50mm，形面厚60mm，做成壳型模具镶块。

1)钢水浇注温度为1600℃，当钢水浇注结束后，铸钢从浇筑温度下降至960℃时脱去模具(砂箱)；

2)脱模之后的铸件需在空气中冷却至500℃，将铸钢件放入坑中，冷却至室温；

3)去掉铸件的冒口后，立即将铸件送入退火炉中，在850℃的退火温度下进行退火处理2小时；720℃保温7～8小时；

4)转移至真空气淬炉中，在1020℃淬火加热，使用气淬法淬火；在510℃回火一次，515℃再回一次火。

实施例2

水玻璃砂铸造工艺形状近似掏空(形状如图5)

1)钢水浇注温度为1600℃，当钢水浇注结束后，铸钢从浇筑温度下降至960℃时脱去模具(砂箱)；

2)脱模之后的铸件需在空气中冷却至500℃，将铸钢件放入坑中，冷却至室温；

3)去掉铸件的冒口后，立即将铸件送入退火炉中，在850℃的退火温度下进行退火处理2小时；720℃保温7～8小时；

4)转移至真空气淬炉中，在1020℃淬火加热，使用气淬法淬火；在510℃回火一次，515℃再回一次火。

所得铸件硬度为hrc58～62。

实施例3

修边类模具(形状如图6)，由于其形状特点，冷却速度较快，不必也不能再掏空，直接铸造即可。

1)钢水浇注温度为1600℃，当钢水浇注结束后，铸钢从浇筑温度下降至958℃时脱去模具(砂箱)；

2)脱模之后的铸件需在空气中冷却至室温；

3)去掉铸件的冒口后，立即将铸件送入退火炉中，在850℃的退火温度下进行退火处理2小时；720℃保温5～6小时；

4)转移至真空气淬炉中，在1000℃淬火加热，使用气淬法淬火；在200℃回火2～3次。

所得铸件硬度为hrc58～62。

实施例4：真空烧壳铸造工艺

1)箱内烧壳。模型刷涂高强度的耐火涂料，经烘干室干燥后埋于装有干燥的造型砂的砂箱中，在干砂、负压条件下，从浇冒口点燃泡沫，并以φ2mm小管输以少量氧气，泡沫即在型内激烈燃烧气化，铸型被迅速烧成无碳的空壳，见图7。

2)浇注。浇注温度1600℃，铸钢冷却到960℃开始快速冷却，实际控制是，从浇注开始，十分钟后打开密封塑料布，加速冷却，持续10分钟，关闭抽真空。

3)脱模。浇注开始铸件温度降至960℃后脱模，室温空冷，周围环境较低时，500以下缓冷。将工件再埋入砂箱内，冷至室温退火。

4)退火。退火工艺为850℃保温2小时，720℃保温7～8小时。

5)淬火。真空整体淬火，1020℃淬火加热，510℃回一次火，515℃在回一次火，硬度hrc58～62。

在本发明中，采用了浇注冷却后在一定温度条件下提前脱模，使铸件能够加速冷却，脱模后的铸件应当在空气中冷却，而不能采用风冷、水冷等方式使其冷却过快，导致开裂现象出现。对于环境温度较低的情况下则需要采用在提前脱模冷却至500℃后缓慢冷却至室温，具体可以采用坑冷或将热砂埋入冷却的方法进行。

冷却速度过快，会导致开裂。一般，第一段：1600℃～960℃，随砂箱自然冷却，冷却速度在14～18℃/min之间；第二段：960℃～500℃，快速冷却，冷速在24～28℃/min之间；第三段：500℃以下，缓慢冷却，平均在1.0～2.5℃/min之间。当然，在同样的条件下，高温时冷却速度快，低温冷却慢，铸件在整个冷却过程中，速度都是变化的。

本发明中的大尺寸铸件心部需要处于掏空状态，当铸钢件冒口位置不得不占据模具镶块掏空部分时，不可避免影响铸钢件冷却时，应当在淬火之前将铸钢件心部加工成标准壳型形状，这样可以减少淬火应力，防止模具镶块在淬火过程中开裂，具体的掏空方式可以参照中国专利200720094663.x。

由于1.2382是一种耐磨性很好的铸高碳高铬合金钢，它的含碳量较高(1.5％c)，在铸造时形成网状碳化物，组织中有大量的网状共晶碳化物在随后的冷却过程中有大量二次渗碳体析出，这些二次渗碳体析出在晶界上，碳化物网壁较厚、网眼较大(如图1所示)因此大尺寸的铸钢模具镶块容易出现开裂现象，而小件的模具镶块网眼较小，网壁较薄，均匀的网状碳化物加珠光体组织(如图2所示)。经过分析发现能够这样的金相组织是由于小件在铸造时冷却速度快，二次渗碳体沿着奥氏体晶界析出的少，其强韧性好，这样的金相组织在热处理时应力不大于材料的抗拉强度，因此不易开裂。大件组织是厚壁网状碳化物，而这种碳化物网壁增厚主要是二次渗碳体析出的集中所至，这些二次渗碳体构成的厚壁网状碳化物使晶界弱化，使材料的强韧性下降，最终导致淬火和回火时开裂，这就是导致大件镶块淬火和回火开裂的原因。本发明方法使空心大件铸钢镶块的冷却速度达到与原来实心小件铸钢镶块的冷却速度相同或相似，使空心大件获得与原来实心小件铸钢镶块相同或相近的金相组织(如图3所示)，避免了大件镶块淬火和回火开裂。