本发明涉及一种获得工模具钢超细组织的热处理方法，具体涉及一种使工模具钢组织超细化、获得纳米级碳化物、提高工模具钢强度的工艺。
背景技术：
工模具钢(高速钢和模具钢)因具有高硬度、高耐磨性等优点，主要用于制造复杂切削工具、精密模具等，是高端装备制造业的重要基础材料。通过高碳高合金的成分设计，工模具钢中形成大量硬质、稳定的合金碳化物，对材料性能具有十分重要的影响。通过热处理工艺，可以调控碳化物数量、尺寸、类型及分布，提高工模具钢硬度、强度、耐磨性、红硬性等，从而提升工模具的使用寿命。
高温淬火和回火工艺是工模具钢热处理强化的重要工艺。通过淬火使合金元素固溶，并通过回火使元素从基体中脱溶析出，获得大量弥散分布、与基体共格的纳米级碳化物(尺寸通常在三四十纳米以下)，产生显著的强化作用，提高材料的硬度和强度。
退火是工模具钢另一常用的热处理工艺。通过加热至某一温度后缓慢冷却，消除基体缺陷，同时析出尺寸较大的亚微米级碳化物(通常四五百纳米以上)，该碳化物与基体无共格关系，强化作用不明显。利用退火可以软化基体，为淬回火处理做好组织准备，随后再利用淬回火获得纳米级碳化物，提升工模具钢强度和硬度。
通过退火、淬火、回火多道反复热处理，可以获得大量的纳米级碳化物，但多道次热处理不仅延长了热处理工艺流程、增加成本，同时高温热处理过程中，基体晶粒容易长大粗化，对材料韧性产生损害。
技术实现要素：
技术问题：本发明的目的在于提供了一种获得工模具钢超细组织的热处理方法，可在退火过程中获得大量弥散分布的纳米级碳化物，实现工模具钢组织超细化，提高材料强度。
技术方案：与传统退火工艺获得尺寸较大的亚微米级碳化物(四五百纳米以上)、使材料软化相比，本发明控制退火热处理过程，获得纳米级碳化物超细组织、提高强度。具体工艺步骤如下：
1)奥氏体化加热：将工模具钢加热到奥氏体化温度以上保温，充分奥氏体化；
2)快速冷却：使工模具钢快速冷却至等温温度区间，避免在高温区缓冷；
3)等温处理：在等温温度区间等温处理，使基体充分转变；
4)炉冷至500℃左右，空冷。
其中，
所述步骤2)中快速冷却冷，却速度在15℃/min以上；
所述步骤3)中的等温温度区间为660～720℃；
所述步骤3)中等温处理的时间为1h～6h。
有益效果：本发明通过将奥氏体化后的工模具钢在高温段以15℃/min以上的冷却速度快速冷却，有效避免了高温阶段组织粗化问题。通过在660～720℃等温，调控碳化物析出行为，获得大量弥散析出的纳米级碳化物，尺寸一百纳米以下，使组织超细化。与现有工模具钢退火工艺及产品相比，采用上述工艺方案，不仅缩短了热处理时间、简化了工艺流程，而且使组织中碳化物显著细化，提升工模具钢强度。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的工艺方法进行详细说明。
实施例1：
对经过熔炼、精炼、电渣重熔、锻造、热轧得到的m42钢进行如下处理：
(1)将工模具钢加热到860℃保温，充分奥氏体化；
(2)使工模具钢以20℃/min以上的冷却速度快速冷却；
(3)冷却至680℃等温4h，使组织充分转变；
(4)炉冷至500℃左右，空冷。
实施例2：
对经过熔炼、精炼、电渣重熔、锻造、热轧得到的m42钢进行如下处理：
(1)将工模具钢加热到880℃保温，充分奥氏体化；
(2)使工模具钢以25℃/min以上的冷却速度快速冷却；
(3)冷却至660℃等温6h，使组织充分转变；
(4)炉冷至500℃左右，空冷。
实施例3：
对经过熔炼、精炼、电渣重熔、锻造、热轧得到的m42钢进行如下处理：
(1)将工模具钢加热到880℃保温，充分奥氏体化；
(2)使工模具钢以15℃/min以上的冷却速度快速冷却；
(3)冷却至720℃等温2h，使组织充分转变；
(4)炉冷至500℃左右，空冷。
实施例4：
对经过熔炼、精炼、电渣重熔、锻造、热轧得到的m2钢进行如下处理：
(1)将工模具钢加热到860℃保温，充分奥氏体化；
(2)使工模具钢以25℃/min以上的冷却速度快速冷却；
(3)冷却至680℃等温5h，使组织充分转变；
(4)炉冷至500℃左右，空冷。
实施例5：
对经过熔炼、精炼、电渣重熔、锻造、热轧得到的m2钢进行如下处理：
(1)将工模具钢加热到880℃保温，充分奥氏体化；
(2)使工模具钢以20℃/min以上的冷却速度快速冷却；
(3)冷却至700℃等温3h，使组织充分转变；
(4)炉冷至500℃左右，空冷。
实施例6：
对经过熔炼、精炼、电渣重熔、锻造、热轧得到的m2钢进行如下处理：
(1)将工模具钢加热到880℃保温，充分奥氏体化；
(2)使工模具钢以15℃/min以上的冷却速度快速冷却；
(3)冷却至720℃等温2h，使组织充分转变；
(4)炉冷至500℃左右，空冷。