一種熱作模具鋼淬火冷卻方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種熱作模具鋼淬火冷卻方法，該方法在于根據(jù)熱作模具形狀、大小進(jìn)行保護(hù)后，在馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度以上的溫度條件下采用分段控溫冷卻的方式對熱作模具鋼工件進(jìn)行處理，其中高壓真空爐內(nèi)溫度的控制通過采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨爐內(nèi)溫度場的變化規(guī)律實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，從而控制爐內(nèi)模具的溫度變化。本發(fā)明的熱作模具鋼淬火冷卻方法充分減少了熱作模具鋼工件表面和芯部材料間的溫度差和熱應(yīng)力，使得當(dāng)熱作模具鋼材料從奧氏體組織狀態(tài)向馬氏體組織狀態(tài)轉(zhuǎn)變時，極大的減弱了熱應(yīng)力對淬火變形的影響，在淬火過程中通過變換冷卻速度降低熱作模具的開裂風(fēng)險，并獲得較高的沖擊韌性值。
【專利說明】一種熱作模具鋼淬火冷卻方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬熱處理方法，具體涉及一種熱作模具鋼淬火冷卻方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著我國制造業(yè)的飛速發(fā)展，模具產(chǎn)業(yè)和模具鋼生產(chǎn)企業(yè)都取得了長足的進(jìn)步，同時，針對關(guān)鍵重大裝備中高端、大型鍛件的需求，熱加工行業(yè)對熱作模具鋼的性能提出了更高的要求?，F(xiàn)有技術(shù)中，熱作模具的厚度一般約為10mm~300mm，熱作模具在冷卻過程中，表面與心部的冷卻速度有一定差異，如果這種差異足夠大，則可能造成大于臨界冷卻速度部分轉(zhuǎn)變成馬氏體，而小于臨界冷卻速度的心部區(qū)域在淬火時將不可避免的產(chǎn)生上貝氏體組織，模具鋼尺寸越大，上貝氏體組織所占的區(qū)域就越大，大量貝氏體組織的形成會嚴(yán)重惡化低耐熱性熱作模具鋼的沖擊韌性，對模具的使用安全性存在威脅。為保證整個截面上都轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體需要選用冷卻能力足夠強(qiáng)的淬火介質(zhì)，以保證工件心部有足夠快的冷卻速度。但是冷卻速度快，工件內(nèi)部由于熱脹冷縮不均勻造成內(nèi)應(yīng)力，可能使工件變形或開裂。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種沖擊韌性好、形變量小的熱作模具鋼淬火冷卻方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種熱作模具鋼淬火冷卻方法，該方法順序包括下列步驟:
[0006](I)將已做淬火保護(hù)待熱處理的熱作模具鋼工件置于高壓真空爐中，根據(jù)熱作模具鋼工件技術(shù)要求設(shè)定真空工藝參數(shù)，并按照所設(shè)定工藝參數(shù)分段升溫，待升溫至所設(shè)定真空工藝的淬火溫度后，在所述淬火溫度下進(jìn)行保溫，所述保溫時間參照所設(shè)定的真空工藝；
[0007](2)步驟(1)中所述保溫過程結(jié)束后，將經(jīng)過步驟(1)的熱作模具鋼工件在所述高壓真空爐內(nèi)500°C~1030°C的溫度區(qū)進(jìn)行控溫冷卻，熱作模具鋼工件在溫度區(qū)內(nèi)控溫冷卻60~120分鐘；
[0008](3)將經(jīng)步驟(2)的熱作模具鋼工件繼續(xù)在高壓真空爐內(nèi)控溫冷卻至工件整體溫度250°C以下，熱作模具鋼工件在控溫區(qū)內(nèi)控溫30~60分鐘后出爐；
[0009](4)將經(jīng)步驟(3)的熱作模具鋼工件放置在保溫箱內(nèi)整體冷卻至50~90°C后取出，并進(jìn)行回火。
[0010]在本發(fā)明中，所述高壓真空爐包括操作系統(tǒng)、液氮輸入系統(tǒng)、壓力系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)，其中操作系統(tǒng)分別與液氮輸入系統(tǒng)，壓力系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)電連接，顯示系統(tǒng)與操作系統(tǒng)電連接。
[0011]在本發(fā)明中，所述熱作模具鋼的真空工藝參數(shù)的設(shè)定根據(jù)熱作模具的材料牌號、形狀、尺寸大小和技術(shù)要求以及模具保護(hù)方法進(jìn)行。
[0012]在本發(fā)明中，設(shè)有冷卻風(fēng)機(jī)，所述步驟(2)和步驟(3)中，高壓真空爐內(nèi)溫度的控制通過調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)。
[0013]在本發(fā)明中，所述冷卻風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)方式為通過采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨高壓真空爐內(nèi)溫度場的變化規(guī)律實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。
[0014]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的顯著效果在于:本發(fā)明充分利用了熱作模具鋼在馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)前后不同的轉(zhuǎn)變特征進(jìn)行控溫冷卻:馬氏體轉(zhuǎn)變前，在滿足臨界冷卻速度的前提下，控溫冷卻以減小模具的表面和心部的溫度差和熱應(yīng)力，從而減小變形；進(jìn)入馬氏體轉(zhuǎn)變后，采用適當(dāng)?shù)睦鋮s速度，以獲得優(yōu)秀的機(jī)械性能。也即，在確保模具獲得滿足使用的機(jī)械性能的前提下，使模具的淬火變形控制在最小范圍內(nèi)，從而既避免模具的變形超差報廢，又保證模具很好地滿足生產(chǎn)使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0016]圖1是本發(fā)明熱作模具鋼淬火冷卻方法的流程示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明高壓真空爐的結(jié)構(gòu)示意框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0019]本實(shí)施例中所選用的壓鑄模具鋼尺寸規(guī)格為250mmX560mmX760mm ;所選用的壓鑄模具鋼材料為DHA1-A。
[0020]請參見附圖2，在本發(fā)明中，高壓真空爐包括操作系統(tǒng)、液氮輸入系統(tǒng)、壓力系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)，其中操作系統(tǒng)分別與液氮輸入系統(tǒng)，壓力系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)電連接，顯示系統(tǒng)與操作系統(tǒng)電連接；操作系統(tǒng)用于控制各個系統(tǒng)的運(yùn)行，顯示系統(tǒng)用于顯示各個系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。熱作模具鋼的真空工藝參數(shù)的設(shè)定根據(jù)熱作模具的材料牌號、形狀、尺寸大小及技術(shù)要求以及模具保護(hù)方法進(jìn)行，通常不同的廠家所生產(chǎn)出來的原材料會有略微差別，因此根據(jù)不同供應(yīng)商提供才材料，即材料牌號不同，需要設(shè)定不同的參數(shù)來符合技術(shù)要求，而技術(shù)要求則是有客戶提供其要達(dá)到的要求，然后再根據(jù)這些要求來設(shè)定參數(shù)，而熱作模具的尺寸大小則是設(shè)定參數(shù)時最大的考慮因素，在加熱溫度相同時，保溫時間存在不同的差異；而由于熱作模具鋼的形狀不同，因此各處的厚薄度也會不同，為了保證模具不受損，在較薄之處可以增加加強(qiáng)件來綁定對其進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)然也可以采用其他的模具保護(hù)方法來進(jìn)行保護(hù)模具不會受損。
[0021]實(shí)施案例I
[0022]請參見附圖1，一種熱作模具鋼淬火冷卻方法，該方法順序包括下列步驟:
[0023](I)將已做淬火保護(hù)待熱處理的熱作模具鋼工件置于高壓真空爐中，根據(jù)熱作模具鋼工件技術(shù)要求設(shè)定真空工藝參數(shù)，并按照所設(shè)定工藝參數(shù)分段升溫，待升溫至所設(shè)定真空工藝的淬火溫度后，在所述淬火溫度下進(jìn)行保溫，所述保溫時間參照所設(shè)定的真空工藝；
[0024](2)步驟(1)中所述保溫過程結(jié)束后，將經(jīng)過步驟(1)的熱作模具鋼工件在所述高壓真空爐內(nèi)650°C以上的溫度區(qū)進(jìn)行控溫冷卻，熱作模具鋼工件在溫度區(qū)內(nèi)控溫冷卻60~120分鐘；
[0025](3)將經(jīng)步驟(2)的熱作模具鋼工件繼續(xù)在高壓真空爐內(nèi)控溫冷卻至工件整體溫度250°C以下，熱作模具鋼工件在控溫區(qū)內(nèi)控溫30~60分鐘后出爐；
[0026](4)將經(jīng)步驟(3)的熱作模具鋼工件放置在保溫箱內(nèi)整體冷卻至50~90°C后取出，并進(jìn)行回火。
[0027]優(yōu)選的具體的，在執(zhí)行步驟(1)時，根據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)和實(shí)驗(yàn)證明，其升溫預(yù)熱的溫度為650°C ±30°C和850°C ±30°C，淬火溫度值為1030°C ±30°C ;本實(shí)施例中采用最佳溫度值，按照所設(shè)定的工藝參數(shù)經(jīng)650°C和850°C兩段升溫預(yù)熱，然后升溫至所設(shè)定真空工藝的淬火溫度1030°C后，在1030°C下進(jìn)行保溫300分鐘，其保溫時間可以根據(jù)模具的大小進(jìn)行調(diào)整；
[0028]優(yōu)選的，步驟(1)中所述保溫過程結(jié)束后，充入氮?dú)獠⒋蜷_冷風(fēng)機(jī)，將經(jīng)過步驟
(I)的熱作模具鋼工件在高壓真空爐內(nèi)在500°C~1030°C，其最佳的溫度值為650°C的溫度區(qū)進(jìn)行控溫冷卻，熱作模具鋼工件在溫度區(qū)內(nèi)控溫冷卻80分鐘，當(dāng)然其冷卻的時間可以根據(jù)具體模具做調(diào)整，控溫冷卻時間60~120分鐘，本實(shí)施例中優(yōu)選80分鐘；
[0029]優(yōu)選的，將經(jīng)步驟(2)的熱作模具鋼工件繼續(xù)在高壓真空爐內(nèi)控溫冷卻至250°C以下，最佳的控溫時間為60分鐘，當(dāng)然其控溫的時間可以根據(jù)具體模具做調(diào)整，熱作模具鋼工件在溫度區(qū)內(nèi)控溫冷卻60分鐘后出爐；
[0030]優(yōu)選的，在本實(shí)施例中，將經(jīng)步驟(3)的熱作模具鋼工件放置在保溫箱內(nèi)冷卻至80°C后取出，并進(jìn)行回火；為了獲得品質(zhì)性能最好的模具，因此可以在560~600°C之間進(jìn)行三次回火。(5)。
[0031]通過上述的實(shí)施方式，工件淬、回火后的結(jié)果檢測如下:硬度為44.1HRC，均勻性為±0.5HRC，變量為0.7mm，韌性沖擊值為35.2J/cm2。上述實(shí)施例中產(chǎn)品洛氏硬度的檢測方法按照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T230.1-2009進(jìn)行。
[0032]在本發(fā)明中，高壓真空爐內(nèi)設(shè)有冷卻風(fēng)機(jī)，步驟(2)和步驟(3)中，高壓真空爐內(nèi)溫度的控制通過調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)，冷卻風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)方式為通過采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨高壓真空爐內(nèi)溫度場的變化規(guī)律實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。
[0033]在本發(fā)明中，由設(shè)備加熱方式、零件尺寸、鋼的成分、裝爐量和設(shè)備功率以及模具保護(hù)方法等多種因素確定。對整體淬火而言，控溫的目的是使工件內(nèi)部溫度均勻趨于一致。在所述溫度下能夠使熱作模具鋼冷卻溫度達(dá)到均勻，最大限度地減少熱應(yīng)力，有利于改善模具的淬火變形。
[0034]本發(fā)明充分利用了熱作模具鋼在馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)前后不同的轉(zhuǎn)變特征進(jìn)行控溫冷卻:馬氏體轉(zhuǎn)變前，在滿足臨界冷卻速度的前提下，控溫冷卻以減小模具的表面和心部的溫度差和熱應(yīng)力，從而減小變形；進(jìn)入馬氏體轉(zhuǎn)變后，采用適當(dāng)?shù)睦鋮s速度，以獲得優(yōu)秀的機(jī)械性能。也即，在確保模具獲得滿足使用的機(jī)械性能的前提下，使模具的淬火變形控制在最小范圍內(nèi)，從而既避免模具的變形超差報廢，又保證模具很好地滿足生產(chǎn)使用。
[0035] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種熱作模具鋼淬火冷卻方法，其特征在于，該方法順序包括下列步驟: (1)將已做淬火保護(hù)待熱處理的熱作模具鋼工件置于高壓真空爐中，根據(jù)熱作模具鋼工件技術(shù)要求設(shè)定真空工藝參數(shù)，并按照所設(shè)定工藝參數(shù)分段升溫，待升溫至所設(shè)定真空工藝的淬火溫度后，在所述淬火溫度下進(jìn)行保溫，所述保溫時間參照所設(shè)定的真空工藝； (2)步驟(1)中所述保溫過程結(jié)束后，將經(jīng)過步驟(1)的熱作模具鋼工件在所述高壓真空爐內(nèi)500°C~1030°C的溫度區(qū)進(jìn)行控溫冷卻，熱作模具鋼工件在溫度區(qū)內(nèi)控溫冷卻60~120分鐘； (3)將經(jīng)步驟(2)的熱作模具鋼工件繼續(xù)在高壓真空爐內(nèi)控溫冷卻至工件整體溫度2500C以下，熱作模具鋼工件在控溫區(qū)內(nèi)控溫30~60分鐘后出爐； (4)將經(jīng)步驟(3)的熱作模具鋼工件放置在保溫箱內(nèi)整體冷卻至50~90°C后取出，并進(jìn)行回火。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱作模具鋼淬火冷卻方法，其特征在于，所述高壓真空爐包括操作系統(tǒng)、液氮輸入系統(tǒng)、壓力系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)；其中操作系統(tǒng)分別與液氮輸入系統(tǒng)，壓力系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)電連接，顯示系統(tǒng)與操作系統(tǒng)電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱作模具鋼淬火冷卻方法，其特征在于，在執(zhí)行步驟(2)時，控溫冷卻的溫度值為650°C，冷卻控溫時間為80分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱作模具鋼淬火冷卻方法，其特征在于，在執(zhí)行步驟(3)時，熱作模具鋼工件在 控溫區(qū)內(nèi)控溫60分鐘后出爐。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱作模具鋼淬火冷卻方法，其特征在于，在執(zhí)行步驟(4)時，將經(jīng)步驟(3)的熱作模具鋼工件放置在保溫箱內(nèi)整體冷卻至80°C后取出，并進(jìn)行三次回火。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱作模具鋼淬火冷卻方法，其特征在于，所述熱作模具鋼的真空工藝參數(shù)的設(shè)定根據(jù)熱作模具的材料牌號、形狀、尺寸大小和技術(shù)要求以及模具保護(hù)方法進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱作模具鋼淬火冷卻方法，其特征在于，設(shè)有冷卻風(fēng)機(jī)，所述步驟(2)和步驟(3)中，高壓真空爐內(nèi)溫度的控制通過調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的一種熱作模具鋼淬火冷卻方法，其特征在于，所述冷卻風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)方式為通過采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨高壓真空爐內(nèi)溫度場的變化規(guī)律實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。
【文檔編號】C21D1/19GK104164543SQ201410373497
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】陳濤 申請人:佛山頂鋒日嘉模具有限公司