一种高性能、高强度热锻模具的生产方法与流程

本发明属于模具钢铸造技术领域，具体涉及一种高性能、高强度热锻模具的生产方法。

背景技术：

锻模具钢用于再结晶温度以上的固态金属成型，在热作模具钢中占有相当大的比例。目前，几乎所有重大受力构件都是通过热锻成型来进行生产的，尤其是在各种紧固件、标准件、汽车发动机、飞机等制造业中，对热锻成型工艺具有很大的依赖性。

现有技术中模具材料和热处理方法存在锻造过程中产生裂纹、寿命短等缺陷问题。

技术实现要素：

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题。为此，本发明提供一种高性能、高强度热锻模具的生产方法，目的是提高材料力学性能，避免裂纹产生。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种高性能、高强度热锻模具的生产方法，该热锻磨具包括如下重量百分比的组分：c：0.3～0.4％；si：0.3-0.5％；p：≤0.035％；s：≤0.01％；cr：6.8-7.6％；mo：4.7-5.4％、v：1.8-2.6％，余量为fe和不可避免的杂质；

所述热锻模具的生产方法，包括如下步骤：

步骤一、按配方量将熔炼好的模具材料制成毛坯；

步骤二、淬火；

步骤三、回火；

步骤四、正火；

其中，淬火、回火和正火的加热过程中保持加热速度在18-30℃/min。

所述步骤二中淬火是先将毛坏预热到500-550℃，保温25-35min，之后加热到850-930℃，保温40-45min，然后加热到1050-1100℃，保温18-25min，加热速度控制在20℃/min。

优选的，所述淬火是先将毛坯预热到500℃，保温30min，之后加热到870℃，保温40min，然后加热到1080℃，保温20min。

所述步骤三中回火是在600-650℃保温60-65min，空冷。

所述步骤四中正火是在800-900℃，保温10-15min，空冷。

优选的，所述正火是在850℃，保温10min，空冷。

淬火：将钢件加热到适当的温度，保温一段时间后快速冷却下来的一种热处理方法，其目的是提高钢的硬度和耐磨性，使钢获得良好的综合力学性能。

回火：将淬火钢重新加热到工艺预定的某一温度，经保温后再冷却到室温的热处理工艺方法，其目的是减少或消除淬火应力，调整钢的力学性能。

正火：将钢加热到适当的温度，保温一定时间，然后在空气中冷却的热处理工艺方法，其目的是获得较细组织，提高钢的硬度、强度。

在钢水熔炼过程中采取如下脱p、s工艺：

(1)采用机械搅拌法(kr)进行铁水预热处理脱硫。在钢水达到1350℃后加入脱硫剂90％cao+10％caf2，搅拌10min-15min，达到脱硫效果；

(2)将脱硫后的钢水放入脱磷转炉进行脱磷处理。在钢水中加入底硫含量、易熔化的废钢，同时采用在脱磷炉顶端吹氧气、底吹氩气的顶底复吹工艺冶炼，达到脱磷效果；

(3)将脱磷后的钢水放入脱碳转炉进行冶炼后出钢，使钢中碳含量达到要求；

(4)在循环式真空脱气(rh)精炼装置中进行脱气精炼。

经过上述工艺处理，最终实现钢水中p≤0.035、s≤0.01的含量。

钢中微量元素的功效：

碳(c)：钢中含碳量的增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低；

磷(p)：使钢产生冷脆和降低钢的冲击韧性等；

硫(s)：使钢产生热脆和降低钢的强度等；

硅(si)：增加钢的强度、弹性、耐热性、耐酸性等性能；

铬(cr)：提高钢的强度、硬度、耐磨性、淬透性以及回火稳定性等，同时细化组织晶粒作用；

钼(mo)：提高钢的强度、硬度、韧性、耐磨性、淬透性等力学性能，同时具有细化组织晶粒作用；

钒(v)：提高钢的抗拉强度、屈服强度、淬透性等力学性能。

本发明的有益效果：

1、本发明优化微量元素cr、mo、v的含量，使合金比例更加合理且碳化物分布均匀，v与c生产vc化物，使钢的晶粒度细化，韧性增大；mo与c生成moc化物，淬火时大部分溶解，回火时以碳化物形式析出，是强烈的二次硬化元素，使钢具有较好的回火稳定性，从而保证材料具有良好的力学性能。

2、优化热处理工艺为淬火(1080℃)→高温回火(600℃)→正火(850℃)，加热过程中速度控制在20℃/min，促进第二相形成，提高材料力学性能，避免裂纹产生。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是原h13热锻模具材料的500倍金相图；

图2是本发明制备的热锻模具材料的500倍金相图；

图3是热处理前晶粒镜相图；

图4是热处理前晶粒镜相图。

具体实施方式

下面通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

实施例1

一种高性能、高强度热锻模具的生产方法，该热锻磨具包括如下重量百分比的组分：c：0.32％；si：0.3％；p：≤0.035％；s：≤0.01％；cr：6.8％；mo：4.7％、v：1.8-％，余量为fe和不可避免的杂质；

该热锻模具的生产方法，包括如下步骤：

步骤一、按配方量将熔炼好的模具材料制成毛坯；

步骤二、淬火：毛坏预热到500℃，保温35min→加热到850℃，保温45min→加热到1050℃，保温25min，加热速度控制在30℃/min；

步骤三、回火：在600℃保温65min，空冷；

步骤四、正火：加热到800℃，加热速度控制在20℃/min，保温15min，空冷。

实施例2

一种高性能、高强度热锻模具的生产方法，该热锻磨具包括如下重量百分比的组分：c：0.36％；si：0.4％；p：≤0.035％；s：≤0.01％；cr：7.2％；mo：5.0％、v：2.2％，余量为fe和不可避免的杂质；

该热锻模具的生产方法，包括如下步骤：

步骤一、按配方量将熔炼好的模具材料制成毛坯；

步骤二、淬火：毛坏预热到500℃，保温30min→加热到870℃，保温40min→加热到1080℃，保温20min，加热速度控制在20℃/min；

步骤三、回火：在600℃保温60min，空冷；

步骤四、正火：加热到850℃，加热速度控制在20℃/min，保温10min，空冷。

实施例3

一种高性能、高强度热锻模具的生产方法，该热锻磨具包括如下重量百分比的组分：c：0.38％；si：0.5％；p：≤0.035％；s：≤0.01％；cr：7.6％；mo：5.4％、v：2.6％，余量为fe和不可避免的杂质；

该热锻模具的生产方法，包括如下步骤：

步骤一、按配方量将熔炼好的模具材料制成毛坯；

步骤二、淬火：毛坏预热到550℃，保温25min→加热到930℃，保温40min→加热到1100℃，保温18min，加热速度控制在20℃/min；

步骤三、回火：在650℃保温60min，空冷；

步骤四、正火：加热到900℃，加热速度控制在20℃/min，保温10min，空冷。

性能分析

如图1所示为原有h13热锻模具钢的500倍金相图，如图2所示为本发明制备的热锻磨具钢500倍金相图，从图1中可以看到，图片中心有一白色区，此区是碳化物富集区，其他区域白色碳化物较少，碳化物的整体分布不均匀，图片两侧为较长的马氏体针以及残留奥氏体。图2中碳化物分布均匀，偏析小，晶粒度细，基体为回火隐针马氏体及残留奥氏体。对比两图可知，调整cr、mo、v的含量后，材料中碳化物分布均匀，组织细密规则，因此比原h13模具材料具有更好的力学性能。

本发明的材料淬火到1080℃时，能在晶界处弥散析出α-cr(第二相)，α-cr能在保证材料韧性的同时，降低锻造过程中裂纹倾向，提高锻造后材料的使用寿命。第二相阻碍了位错在晶界处的移动，利用第二相在晶界处的钉扎作用，降低裂纹倾向。

当运动位错与第二相粒子相遇时，将受到其阻挡，使位错绕线绕着它发生弯曲，以致围绕着粒子的位错线在左右两边相遇时，正负号位错彼此抵消，形成了包围着粒子的位错环而被留下，强化第二相。

淬火时采用多次循环均匀加热淬火方法细化材料组织，研究表明，循环加热3-4次细化效果最佳(本发明循环加热3次，500℃→870℃→1080℃)，且每次加热后短时间保温，抑制晶粒长大，从而得到晶粒细化的效果。热处理前晶粒镜相图如图3所示，热处理后晶粒镜相图如图4。

经检测，本发明生产的热锻模具刚的抗拉强度(σb)≥2200mpa，屈服强度(σs)≥1800mpa，延伸率(ψ)≥6.0％，冲击韧性(aku2)≥40j/mm²。洛氏硬度：∈[58，60]hrc。上述三个实施例中，实施例2中的力学性能相对更好。

以上对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。