发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷,本发明的目的在于提供一种热作模具钢及其生产方法,通过提供合适的高温渗碳工艺,多级真空热处理等手段,获得一种高表面硬度和高冲击韧性的热作模具钢。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种热作模具钢生产方法,所述方法包括以下步骤:
选取加工热作模具钢的原材料,并将所述原材料经过电炉工艺、电渣重熔工艺生产成钢锭;
对所述钢锭进行均质化处理;
将均质化处理后的钢锭采用三墩三拔法进行锻造,得到坯料;
对所述坯料进行真空渗碳热处理,对真空渗碳热处理后的坯料进行油淬,得到工件;
对所述工件进行多级真空热处理,得到热作模具钢。
具体地,所述原材料主要由以下组分按质量百分比组成:C:0.38~0.42,Mo:1.00~1.30,Cr:5.00~5.25,V:1.13~1.33,Mn:0.20~0.40,Si:1.10~1.25,余量为铁和不可避免的杂质元素,示例性地,杂质元素包括S、B、Cu、Sn。原材料按照上述成分经过电炉工艺、电渣重熔工艺生产成钢锭。
进一步地,对钢锭进行均质化处理,均质化处理的温度为1150~1200℃,保温时间≥12h,从而消除偏析,促进析出相回溶和枝晶消融,提高材料的热加工性能。
进一步地,对钢锭采用三墩三拔法进行锻造,将钢锭放入加热炉内,加热至1120~1150℃,保温时长3h;锻造时,每次镦粗变形量≥50%,拔长变形量≥60%,始锻温度1100~1180℃,终锻温度≥930℃。通过调整锻造温度和锻件变形量,控制晶粒尺寸。
进一步地,对坯料进行真空渗碳热处理,真空渗碳热处理的温度为1000~1050℃,时间为4.5~7h,脉冲数为10~15,扩渗比为1:19~1:22,乙炔压力为2500Pa,将渗碳后的坯料于840~860℃进行保温2h后油淬,使得工件有效渗碳层厚度可达1.5mm以上,渗层表面硬度可达970HV以上,渗层表面为细小均匀弥散分布的碳化物,同时形貌也获得较好的控制。
进一步地,对工件进行多级真空热处理,采用三段加热真空油淬工艺,三段加热真空油淬的第一段温度为550~580℃,加热时间为10~15h,保温时间为1h;三段加热真空油淬的第二段温度为750~800℃,加热时间为15~18h,保温时间为1h;三段加热真空油淬的第三段温度为1030~1050℃,加热时间可根据加热炉性能做出调整,一般为炉子最快升温速率下升温时间;保温2.5~3h后,对工件进行进行真空油淬。工件完全奥氏体化后,通过长时间保温使元素充分扩散,提高工件的边部和芯部组织均匀性,提高芯部韧性的同时也可以使边部渗碳层过渡平滑,不至于发生硬度突变,从而提高工件的疲劳寿命。然后进行三次真空回火,温度为530~550℃,时间为2h。通过多级热处理可以使热作模具钢获得良好的强韧性匹配,芯部冲击功达到270J,表面硬度表面硬度为970HV以上。
本发明的技术效果和优点:
本发明通过调整锻造温度和锻件变形量,控制晶粒尺寸;通过对坯料进行真空渗碳热处理,控制渗碳温度为1000~1050℃,时间为4.5~7h,脉冲数为10~15,扩渗比为1:19~1:22,乙炔压力为2500Pa,并将渗碳后的坯料于840~860℃进行保温2h后油淬,使得工件有效渗碳层厚度可达1.5mm以上,渗层表面硬度可达970HV以上,渗层表面为细小均匀弥散分布的碳化物,同时形貌也获得较好的控制;通过进行三级热处理,控制工件晶粒度,调整工件组织;工件完全奥氏体化后,通过长时间保温使元素充分扩散,提高工件的边部和芯部组织均匀性,提高芯部韧性的同时也可以使边部渗碳层过渡平滑,不至于发生硬度突变,从而提高工件的疲劳寿命。本发明方法生产的热作模具钢,同时具备高表面硬度和高冲击韧性,满足使用要求。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
图1是本示例性实施例一种热作模具钢生产方法的流程图,如图1所示,本发明提供了一种热作模具钢生产方法,包括:
选取加工热作模具钢的原材料,并将所述原材料经过电炉工艺、电渣重熔工艺生产成钢锭;
对所述钢锭进行均质化处理;
将均质化处理后的钢锭采用三墩三拔法进行锻造,得到坯料;
对所述坯料进行真空渗碳热处理,对真空渗碳热处理后的坯料进行油淬,得到工件;
对所述工件进行多级真空热处理,得到热作模具钢。
本实施例所涉及的热作模具钢原材料主要由以下组分按质量百分比组成:C:0.38~0.42,Mo:1.00~1.30,Cr:5.00~5.25,V:1.13~1.33,Mn:0.20~0.40,Si:1.10~1.25,余量为铁和不可避免的杂质元素,示例性地,杂质元素包括S、B、Cu、Sn。
示例性地,C:0.40,Mo:1.24,Cr:5.15,V:1.21,Mn:0.25,Si:1.18,余量为铁和杂质元素,杂质元素包括S、B、Cu、Sn。原材料按照上述成分经过电炉工艺、电渣重熔工艺生产成钢锭。
示例性地,C:0.39,Mo:1.28,Cr:5.24,V:1.18,Mn:0.30,Si:1.20,余量为铁和杂质元素,杂质元素包括S、B、Cu、Sn。原材料按照上述成分经过电炉工艺、电渣重熔工艺生产成钢锭。
示例性地,C:0.41,Mo:1.30,Cr:5.24,V:1.27,Mn:0.36,Si:1.23,余量为铁和杂质元素,杂质元素包括S、B、Cu、Sn。原材料按照上述成分经过电炉工艺、电渣重熔工艺生产成钢锭。
进一步地,对钢锭进行均质化处理,均质化处理的温度为1150~1200℃,保温时间≥12h,从而消除偏析,促进析出相回溶和枝晶消融,提高材料的热加工性能。
进一步地,对钢锭采用三墩三拔法进行锻造,将钢锭放入加热炉内,加热至1120~1150℃,保温时长3h;锻造时,每次镦粗变形量≥50%,拔长变形量≥60%,始锻温度1100~1180℃,终锻温度≥930℃。通过调整锻造温度和锻件变形量,控制晶粒尺寸。
进一步地,对坯料进行真空渗碳热处理,真空渗碳热处理的温度为1000~1050℃,时间为4.5~7h,脉冲数为10~15,扩渗比为1:19~1:22,乙炔压力为2500Pa,将渗碳后的坯料于840~860℃进行保温2h后油淬,使得工件有效渗碳层厚度可达1.5mm以上,渗层表面硬度可达970HV以上,渗层表面为细小均匀弥散分布的碳化物,同时形貌也获得较好的控制。
进一步地,对工件进行多级真空热处理,采用三段加热真空油淬工艺,三段加热真空油淬的第一段温度为550~580℃,加热时间为10~15h,保温时间为1h;三段加热真空油淬的第二段温度为750~800℃,加热时间为15~18h,保温时间为1h;三段加热真空油淬的第三段温度为1030~1050℃,加热时间可根据加热炉性能做出调整,一般为炉子最快升温速率下升温时间;保温2.5~3h后,对工件进行进行真空油淬。工件完全奥氏体化后,通过长时间保温使元素充分扩散,提高工件的边部和芯部组织均匀性,提高芯部韧性的同时也可以使边部渗碳层过渡平滑,不至于发生硬度突变,从而提高工件的疲劳寿命。然后进行三次真空回火,温度为530~550℃,时间为2h。通过多级热处理可以使热作模具钢获得良好的强韧性匹配,芯部冲击功达到270J,表面硬度表面硬度为970HV以上。
实施例1
S1.本实施例所涉及的热作模具钢原材料主要包含以下组分,按重量百分比记为:C:0.40,Mo:1.24,Cr:5.15,V:1.21,Mn:0.25,Si:1.18,余量为铁和杂质元素。按照常规电炉和电渣重熔工艺生产成钢锭后,对其进行均质化处理,均质化处理的温度控制在1175℃,保温时间13h。
S2.将钢锭放入加热炉内,加热至1130℃,保温时长3h左右。进行三镦三拔工艺,每次镦粗变形量为55%,拔长变形量为65%,始锻温度1106℃,终锻温度935℃,锻件缓冷后,进行退火处理得到坯料。
S3.对坯料进行真空渗碳热处理。渗碳热处理的温度为1040℃,时间为5h,脉冲数为10,扩渗比为1:22,乙炔压力为2500Pa。将渗碳后的坯料于850℃进行保温2h后油淬得到工件,工件的有效渗碳层厚度可达1.6mm,渗层表面硬度为980HV,渗层表面为细小均匀弥散分布的碳化物。
S4.对工件进行多级真空热处理,采用三段加热真空油淬工艺,三段加热真空油淬的第一段温度为575℃,加热时间为14h,保温时间为1h左右;三段加热真空油淬的第二段温度为760℃,加热时间为16h,保温时间为1h左右;三段加热真空油淬的第三段温度为1040℃,时间为3.5h。保温时间3h后,对工件进行真空油淬。工件完全奥氏体化后,长时间保温使元素充分扩散,提高热作模具钢的边部和芯部组织均匀性,提高芯部韧性的同时也可以使边部渗碳层过渡平滑,不至于发生硬度突变,从而提高工件的疲劳寿命。然后对工件进行三次真空回火,温度为540℃,时间为2h左右。通过多级热处理使热作模具钢获得良好的强韧性匹配,芯部冲击功为278J,表面硬度为980HV,热作模具钢的表面渗碳层为大量的球状碳化物,可以提高热作模具钢的耐磨性,满足使用要求。
实施例2
S1.本实施例所涉及的热作模具钢原材料主要包含以下组分,按重量百分比记为:C:0.39,Mo:1.28,Cr:5.24,V:1.18,Mn:0.30,Si:1.20,余量为铁和杂质元素。按照常规电炉和电渣重熔工艺生产成钢锭后,对其进行均质化处理,均质化处理的温度控制在1180℃,保温时间14h。
S2.将钢锭放入加热炉内,加热至1145℃,保温时长3h左右。进行三镦三拔工艺,每次镦粗变形量为60%,拔长变形量为70%,始锻温度1150℃,终锻温度950℃,锻件缓冷后,进行退火处理得到坯料。
S3.对坯料进行真空渗碳热处理。温度为1045℃,时间为4.5h,脉冲数为10,扩渗比为1:19,乙炔压力为2500Pa。渗碳后于845℃进行保温2h,然后油淬得到工件,工件的渗层表面为细小均匀弥散分布的碳化物,有效渗碳层厚度可达1.5mm,渗层表面硬度为975HV,此外可以通过调整渗碳时间调整渗碳层厚度。
S4.对工件进行多级真空热处理,采用三段加热真空油淬工艺,三段加热真空油淬得第一段温度为575℃,加热时间为14h,保温时间为1h左右;三段加热真空油淬的第二段温度为790℃,加热时间为17h,保温时间为1h左右;三段加热真空油淬的第三段温度为1045℃,加热时间3h,保温时间2.8h后,对工件进行真空油淬。工件完全奥氏体化后,长时间保温使元素充分扩散,提高工件的边部和芯部组织均匀性,提高芯部韧性的同时也可以使边部渗碳层过渡平滑,不至于发生硬度突变,从而提高工件的疲劳寿命。然后对工件进行三次真空回火,温度为545℃,时间为2h左右。通过多级热处理使热作模具钢获得良好的强韧性匹配,芯部冲击功为280J,表面硬度为975HV,热作模具钢的表面渗碳层为大量的球状碳化物,可以提高热作模具钢的耐磨性,满足使用要求。
实施例3
S1.本实施例所涉及的热作模具钢原材料主要包含以下组分,按重量百分比记为:C:0.41,Mo:1.30,Cr:5.24,V:1.27,Mn:0.36,Si:1.23,余量为铁和杂质元素。按照常规电炉和电渣重熔工艺生产成钢锭后,对其进行均质化处理,均质化处理的温度控制在1185℃,保温时间16h。
S2.将钢锭放入加热炉内,加热至1145℃,保温时长3h左右。进行三镦三拔工艺,每次镦粗变形量为55%,拔长变形量为70%,始锻温度1180℃,终锻温度950℃,锻件缓冷后,进行退火处理得到坯料。
S3.对坯料进行真空渗碳热处理,渗碳处理的温度为1050℃,时间为7h,脉冲数为14,扩渗比为1:20,乙炔压力为2500Pa。将渗碳后的坯料于860℃进行保温2h,然后油淬得到工件,工件的渗层表面为细小均匀弥散分布的碳化物,有效渗碳层厚度可达1.8mm,渗碳层表面硬度为985HV,此外可以通过调整渗碳时间调整渗碳层厚度。
S4.对工件进行多级真空热处理,采用三段加热真空油淬工艺,三段加热真空油淬的第一段温度为570℃,加热时间为14h,保温时间为1h左右。三段加热真空油淬的第二段温度为780℃,加热时间为17h,保温时间为1h左右。三段加热真空油淬的第三段温度为1045℃,加热时间3.6h,保温时间2.8后,对工件进行真空油淬。工件完全奥氏体化后,长时间保温使元素充分扩散,提高工件的边部和芯部组织均匀性,提高芯部韧性的同时也可以使边部渗碳层过渡平滑,不至于发生硬度突变,从而提高工件的疲劳寿命。然后对工件进行三次真空回火,温度为545℃,时间为2h左右。通过多级热处理可使热作模具钢获得良好的强韧性匹配,芯部冲击功为287J以上,表面硬度为985HV,热作模具钢的表面渗碳层为大量的球状碳化物,可以提高热作模具钢的耐磨性,满足使用要求。
综上,本发明通过提供合适的高温渗碳工艺,多级真空热处理等手段,获得一种高表面硬度和高冲击韧性的热作模具钢。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。