本發(fā)明屬于模具鋼技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大型P20(3Cr2Mo)塑料模具鋼熱處理方法。

背景技術(shù)：

大型鍛件的特點(diǎn)是：形大體重，生產(chǎn)時(shí)質(zhì)量要求高，只能單件、小批量生產(chǎn)，并且產(chǎn)品生產(chǎn)周期長(zhǎng)，技術(shù)條件苛刻。我國(guó)目前的重型裝備制造業(yè)中，對(duì)大型鍛件的需求量很大，對(duì)其質(zhì)量要求也很高，尤其是各類高強(qiáng)度、高精度鍛件目前尚需進(jìn)口，這已成為我國(guó)重型裝備制造業(yè)發(fā)展的瓶頸之一。

大型鍛件的生產(chǎn)從冶煉、鑄錠、鍛造、鍛造后熱處理到性能熱處理，要經(jīng)過(guò)很多道工序，每一道工序都影響鍛件的質(zhì)量，稍有偏差就可能引起缺陷，生產(chǎn)的難度很大，而且需要一次成功，這就要求生產(chǎn)前充分做好技術(shù)準(zhǔn)備工作。重視與加強(qiáng)大型鍛件的生產(chǎn)，提高質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，對(duì)于促進(jìn)重型機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)，發(fā)展工農(nóng)業(yè)，鞏固國(guó)防，具有重要意義。對(duì)鍛件進(jìn)行熱處理，不僅保證鍛造變形時(shí)有良好的塑性和低的變形抗力，而且對(duì)鍛造后的組織和性能也有很大影響。另外，通過(guò)熱處理的作用，鍛件的某部分缺陷會(huì)得到彌補(bǔ)，使鍛件的各種性能指標(biāo)仍然能夠滿足工業(yè)發(fā)展的要求。在熱處理階段，鍛件的溫度會(huì)不斷地發(fā)生變化，與此同時(shí)，其組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、導(dǎo)熱性和外形尺寸等都隨之發(fā)生變化，這些變化將直接影響到鍛件的鍛造性能和鍛件的質(zhì)量。

淬火熱處理作為改變和提高材料性能的重要手段，在汽車(chē)、航空、運(yùn)輸、建筑及其它制造業(yè)領(lǐng)域中有著廣泛而重要的應(yīng)用?；诂F(xiàn)有的知識(shí)，比如相圖、圖、圖和淬透性曲線,已經(jīng)可以對(duì)淬火工藝進(jìn)行可靠的設(shè)計(jì)。隨著塑料產(chǎn)量的提高和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，對(duì)塑料模具提出了越來(lái)越高的要求，促進(jìn)了塑料模具的不斷發(fā)展。目前塑料模具正朝著高效率、高精度、高壽命方向發(fā)展，推動(dòng)了塑料模具材料迅速發(fā)展。而廣泛應(yīng)用的塑料模具鋼材P20已經(jīng)提出新的要求，不然只能采用進(jìn)口的高性能鋼材來(lái)替代，所以其P20鋼的熱處理工藝有待進(jìn)一步優(yōu)化改善。

公開(kāi)號(hào)為“CN105695703A”，發(fā)明名稱為“一種模具鋼熱處理工藝”，公開(kāi)了一種7Cr7Mo2V2Si高強(qiáng)韌性冷作模具鋼預(yù)備熱處理和淬火及回火的兩火直接熱處理工藝方法，從介紹的參數(shù)來(lái)看，僅對(duì)該模具鋼的硬度和耐磨性值提升有些效果，但很難達(dá)到材料內(nèi)外熱處理過(guò)程冷卻速度控制基本一致，組織和性能均勻性很難保障。

申請(qǐng)?zhí)枮椤?00610049263.7”，發(fā)明名稱為“一種新型鉻鋼系模具鋼及其熱處理工藝”，公開(kāi)了一種Cr8Mo2V1Si模具的制造方法，然后簡(jiǎn)單地描述了其經(jīng)三火加熱的加熱溫度和保溫時(shí)間參數(shù)，很難體現(xiàn)淬火速度的控制，及控制均勻性保障也未體現(xiàn)。

申請(qǐng)?zhí)枮椤?01410721290.9”，發(fā)明名稱為“一種3Cr2Mo模具鋼熱處理工藝”，公開(kāi)了一種3Cr2Mo模具鋼熱處理工藝操作步驟，也是利用前期的高溫退火加淬火及回火、及滲碳工藝，可歸為兩火或三火加熱的熱處理工藝，重點(diǎn)為提高表面熱硬度及耐磨性，均勻性控制、內(nèi)外差異也無(wú)法體現(xiàn)和實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種大型的P20(3Cr2Mo)模具鋼不同淬火介質(zhì)組合復(fù)雜循環(huán)的新型熱處理工藝，該熱處理方法能改善P20模具鋼組織、斷面硬度值均勻性，提高模具鋼工件尺寸穩(wěn)定性等。

本發(fā)明一種大型模具鋼的熱處理方法，包括以下步驟：

a、加熱溫度860～920℃，加熱時(shí)間9～24h；

b、淬火：淬火熱處理中用到了空冷、風(fēng)冷、噴霧冷、水冷四種淬火介質(zhì)中的至少兩種；具體為先出爐空冷2～3min，噴霧冷2～4min，然后噴水冷至表面溫度700℃，再風(fēng)冷2～3min，然后繼續(xù)噴水冷至400℃，再風(fēng)冷3～5min，然后繼續(xù)噴水冷至200℃，出熱處理槽空冷；

c、回火：回火溫度為520～580℃，回火時(shí)間為12～34h，橫斷面硬度為33～35/33～36HRC。

進(jìn)一步的，上述一種大型模具鋼的熱處理方法，其中a步驟中加熱溫度為870℃，加熱時(shí)間為12h。

進(jìn)一步的，上述一種大型模具鋼的熱處理方法，其中b步驟中淬火熱處理具體為先出爐空冷3min，噴霧冷3min，然后噴水冷至表面溫度700℃，再風(fēng)冷3min，然后繼續(xù)噴水冷至400℃，再風(fēng)冷4min，然后繼續(xù)噴水冷至200℃，出熱處理槽空冷，即得。

上述一種大型模具鋼的熱處理方法，其中所述噴霧冷中噴霧壓力為5～8MPa；優(yōu)選為5.5MPa。

上述一種大型模具鋼的熱處理方法，其中所述風(fēng)冷風(fēng)速為2～4m/s；優(yōu)選為2.8m/s。

上述一種大型模具鋼的熱處理方法，其中所述水冷的水壓為7～16MPa；優(yōu)選為12MPa。

進(jìn)一步的，上述一種大型模具鋼的熱處理方法，其中c步驟回火溫度為530℃，回火時(shí)間為2.5h，橫斷面硬度為34.5～35.5HRC。

本發(fā)明的一種P20模具鋼熱處理方法，采用了不同介質(zhì)多次淬火工藝，對(duì)工件內(nèi)外晶粒細(xì)化等級(jí)趨于基本一致，能改善P20模具鋼的組織、斷面硬度值均勻性，根據(jù)斷面尺寸厚度可調(diào)節(jié)上述溫度、時(shí)間參數(shù)，在實(shí)際生產(chǎn)中能夠保證產(chǎn)品保持較高的性能和尺寸穩(wěn)定性。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明一種大型模具鋼的熱處理方法，包括以下步驟：

a、加熱溫度860～920℃，加熱時(shí)間9～24h；

b、淬火：淬火熱處理中用到了空冷、風(fēng)冷、噴霧冷、水冷四種淬火介質(zhì)中的至少兩種；具體為先出爐空冷2～3min，噴霧冷2～4min，然后噴水冷至表面溫度700℃，再風(fēng)冷2～3min，然后繼續(xù)噴水冷至400℃，再風(fēng)冷3～5min，然后繼續(xù)噴水冷至200℃，出熱處理槽空冷；

c、回火：回火溫度為520～580℃，回火時(shí)間為12～34h，橫斷面硬度為33～35/33～36HRC。

斷面硬度表示模具鍛件沿寬度和厚度邊切開(kāi)后的平面，硬度值代表這個(gè)面上的對(duì)角線上的任意位置點(diǎn)的硬度值。

鍛件通過(guò)大型電加熱爐加熱，其溫度由溫度控制器控制，通過(guò)熱電偶傳感器測(cè)得鍛件在爐壁兩側(cè)、上下兩面上各4個(gè)不同位置的溫度點(diǎn)合計(jì)24個(gè)，傳送到溫度變送器上實(shí)現(xiàn)反饋控制，從而保障爐內(nèi)溫升的均勻性。

進(jìn)一步的，上述一種大型模具鋼的熱處理方法，其中a步驟中加熱溫度為870℃，加熱時(shí)間為12h。

本發(fā)明采用多介質(zhì)多工步循環(huán)淬火方法，熱處理后產(chǎn)品硬度、組織均勻性更好。

進(jìn)一步的，上述一種大型模具鋼的熱處理方法，其中b步驟中淬火熱處理具體為先出爐空冷3min，噴霧冷3min，然后噴水冷至表面溫度700℃，再風(fēng)冷3min，然后繼續(xù)噴水冷至400℃，再風(fēng)冷4min，然后繼續(xù)噴水冷至200℃，出熱處理槽空冷，即得。

上述一種大型模具鋼的熱處理方法，其中所述噴霧冷中噴霧壓力為5～8MPa；優(yōu)選為5.5MPa。

上述一種大型模具鋼的熱處理方法，其中所述風(fēng)冷風(fēng)速為2～4m/s；優(yōu)選為2.8m/s。

上述一種大型模具鋼的熱處理方法，其中所述水冷的水壓為7～16MPa；優(yōu)選為12MPa。

進(jìn)一步的，上述一種大型模具鋼的熱處理方法，其中c步驟回火溫度為530℃，回火時(shí)間為2.5h，橫斷面硬度為34.5～35.5HRC。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的描述，并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。

實(shí)施例1

一種550×1300mm斷面P20模具鋼熱處理工藝，該鍛件通過(guò)大型電加熱爐加熱，其溫度由溫度控制器控制，通過(guò)熱電偶傳感器測(cè)得鍛件在爐壁兩側(cè)、上下兩面上各4個(gè)不同位置的溫度點(diǎn)合計(jì)24個(gè)，傳送到溫度變送器上實(shí)現(xiàn)反饋控制，保障爐內(nèi)溫升的均勻性，包含以下步驟：

P20模具鋼鍛后空冷，在淬火熱處理中用到了空氣冷、風(fēng)冷、噴霧冷、水冷等四種淬火介質(zhì)，噴霧壓力用5.5MPa，風(fēng)冷風(fēng)速2.8m/s，水冷水壓為12MPa，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的涉及的CG738模具鋼熱處理工藝技術(shù)方案，具體為：

(1)加熱溫度870℃，加熱時(shí)間12h，

(2)淬火：出爐空冷3min，噴霧冷3min，然后噴水冷至表面中心溫度700℃，再風(fēng)冷3min，然后繼續(xù)噴水冷至400℃，再風(fēng)冷4min，然后繼續(xù)噴水冷至200℃，出熱處理槽空冷；

(3)回火：530℃回火，回火時(shí)間12.5h，橫斷面硬度為34.5～35.5HRC。

斷面晶粒級(jí)別為5.8級(jí)。

實(shí)施例2

一種820×1300mm斷面P20模具鋼熱處理工藝，該鍛件通過(guò)大型電加熱爐加熱，其溫度由溫度控制器控制，通過(guò)熱電偶傳感器測(cè)得鍛件在爐壁兩側(cè)、上下兩面上各4個(gè)不同位置的溫度點(diǎn)合計(jì)24個(gè)，傳送到溫度變送器上實(shí)現(xiàn)反饋控制，保障爐內(nèi)溫升的均勻性，包含以下步驟：

P20模具鋼鍛后空冷，在淬火熱處理中用到了空氣冷、風(fēng)冷、噴霧冷、水冷等四種淬火介質(zhì)，噴霧壓力用8MPa，風(fēng)冷風(fēng)速3m/s，水冷水壓為12MPa，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的涉及的P20模具鋼熱處理工藝技術(shù)方案，具體為：

(1)加熱溫度920℃，加熱時(shí)間24h，

(2)淬火：出爐空冷3min，噴霧冷4min，然后噴水冷至表面中心溫度700℃，再風(fēng)冷3min，然后繼續(xù)噴水冷至400℃，再風(fēng)冷4min，然后繼續(xù)噴水冷至200℃，出熱處理槽空冷；

(3)回火：550℃回火，回火時(shí)間28h，橫斷面硬度為33～35HRC。

斷面晶粒級(jí)別為5.6級(jí)。

本發(fā)明實(shí)施例1至2通過(guò)對(duì)鍛后加熱的模具鋼錠在熱處理控制槽中，循環(huán)采用不同淬火介質(zhì)組合變化，無(wú)需多火加熱熱處理，能耗低，生產(chǎn)效率高，同時(shí)，組合式淬火有利于提高淬火冷卻的均勻性和減少工件變形，熱處理后斷面邊心部硬度差值控制在2HRC左右水平；成功解決了攀長(zhǎng)鋼大型模具鋼鍛件硬度不均、易產(chǎn)生體積形變等問(wèn)題，提高了產(chǎn)品的一次合格率；同時(shí)，由于無(wú)需經(jīng)多次加熱后熱處理，降低能源消耗、表面氧化燒損，提高了產(chǎn)品表面質(zhì)量，可以起到降本增效的經(jīng)濟(jì)作用，具有在攀長(zhǎng)鋼其他鍛件熱處理產(chǎn)品及國(guó)內(nèi)同行業(yè)推廣應(yīng)用的市場(chǎng)前景。

對(duì)比例1

一種550×1300mm斷面P20模具鋼熱處理工藝，具體為：

P20模具鋼鍛后空冷，在淬火熱處理中用到的淬火介質(zhì)為空氣冷，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的涉及的CG738模具鋼熱處理工藝技術(shù)方案，包含以下步驟：

(1)加熱溫度870℃，加熱時(shí)間12h，

(2)淬火：出爐直接空冷至200℃，再出熱處理槽空冷；

(3)回火：530℃回火，回火時(shí)間12.5h，橫斷面硬度為24～29HRC。

斷面晶粒級(jí)別為4.8級(jí)。

可見(jiàn)，單一空氣冷淬火介質(zhì)，淬火能力較弱，淬火后回火產(chǎn)品硬度值低，晶粒粗大，性能較差。

對(duì)比例2

一種820×1300mm斷面P20模具鋼熱處理工藝，具體為：

P20模具鋼鍛后空冷，在淬火熱處理中用到的淬火介質(zhì)為噴水冷，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的涉及的CG738模具鋼熱處理工藝技術(shù)方案，包含以下步驟：

(1)加熱溫度870℃，加熱時(shí)間12h，

(2)淬火：出爐空冷2min，噴霧冷3min，然后噴水冷淬火至200℃，再出熱處理槽空冷；

(3)回火：530℃回火，回火時(shí)間28h，橫斷面硬度為34～39HRC。

斷面晶粒級(jí)別為6.3級(jí)。

對(duì)比例1～2通過(guò)對(duì)鍛后加熱的模具鋼錠在熱處理控制槽中，采用單一淬火介質(zhì)或者區(qū)別于實(shí)施例中的不同淬火介質(zhì)組合方式進(jìn)行淬火出來(lái)后，發(fā)現(xiàn)，采用對(duì)比例1～2的淬火方式，得到的斷面邊心部硬度差值在偏高或偏低，且使得該方法得到的大型模具鋼鍛件硬度值波動(dòng)大、易產(chǎn)生體積形變、產(chǎn)品合格率低、能耗高、表面出現(xiàn)淬火裂紋等質(zhì)量等問(wèn)題。