一种热作模具钢超细化热处理方法与流程

　　本申请涉及金属热处理技术领域，具体而言，涉及一种热作模具钢超细化热处理方法。

　　背景技术：

　　热作模具主要用于热变形加工和压力铸造的模具。热作模具经过锻造后，要进行热处理。热处理是热作模具制造中不可缺少的重要工序。热处理目的就是通过加热和冷却的方法，改变钢的组织，提高硬度、韧性等力学性能。对不同的热作模具采取不同的热处理工艺，以达到要求的使用性能。热处理对热作模具的质量和使用寿命都有重要的影响。

　　热作模具钢经过锻造后，再进行球化退火，保证一定的硬度，经过表面清理及公差的控制，即可形成半成品。5h12、h13、8418由于在锻造后，由于锻造温度控制不当，主要是锻造温度偏高，锻打后造成链状和网状组织，以及晶粒粗大，金相组织不均匀，而退火后又改善不了这种不好的组织状态。在很大程度上将会降低钢材的实际使用寿命。而随着用户对质量要求的提高，目前的质量现象已不能满足用户的需求，要求对球化退火后的金相组织有一定的控制。采用北美nadca#207-2003图谱标准进行控制，此标准对球化退火后的金相组织及带状组织有一定的控制要求：带状组织要求达到sa～sd16个合格级别，球化组织要求达到as1～as9九个合格级别共25个合格级别，但锻造后的球化退火组织，很难达到该标准所规定的要求。

　　采用超细化+球化退火工艺可以达到此标准要求。但此类钢超细化淬火通常情况是以油类或一定比例的造化液为介质，此类介质传热稍慢，淬火过程钢可淬透又不会造成开裂，但成本高，污染严重，而纯粹是以水为淬火介质进行淬火，淬透性比油类强，又环保。但控制不好很容易造成钢材开裂而报废的情况。

　　因此，能否以水为介质，实现超细化淬火，是值得研究的课题。

　　技术实现要素：

　　发明目的，针对现有技术的不足之处，本发明提供了一种热作模具钢的超细化热处理方法。通过工艺条件的改变，使得该过程能够以水为介质，完美的进行。

　　一种热作模具钢超细化热处理方法，在锻造后进行球化退火及超细化淬火，所述的超细化淬火，淬火温度为1040℃～1060℃，介质为水，时间为10～100min；

　　进一步地，所述的超细化淬火的具体步骤为：先进行等温预热，预热温度为660-680℃；然后升温至1060℃后保温，保温时间8小时以上，然后置于水中冷却。

　　进一步地，升温速度为1～2℃/min，

　　进一步地，所述的超细化淬火，在充满惰性气体的条件下进行。

　　进一步地，所述的超细化淬火，在超声波的作用下进行。

　　进一步地，所述的超声波功率为500～1000w，超声波频率为20～25khz。

　　进一步地，所述的球化退火具体步骤为，控制温度880℃，保温5～10h，然后快速冷却至650～690℃，保温4～8h。

　　进一步地，所述的快速冷却，冷却速度为20～50℃/s。

　　有益效果：本发明通过超细化热处理，采用水为介质进行淬火处理，经过超细化热处理后的热作模具刚带状组织不仅可满足国际标准的要求，而且基本可达到sa～sb系列八个级别要求带状组织的要求，球化组织可达到as1～as5五个级别的要求。

　　本发明的进一步改进，结合了超声处理的方法，该工艺可消除合金钢组织遗传以及改善组织均匀性方面的作用，而且超声淬火的工艺会产生空化和声流效应，加快试样的冷却速度，是晶粒度相较于常规淬火工艺更细小更均匀。

　　采用本发明所述方法处理后的热作模具钢的力学性能，如强度、韧性等性能值较未进行超细化处理的性能值明显要高。

　　附图说明

　　图1为h13圆钢未处理前金相组织图

　　图2为h13圆钢处理后的金相组织图

　　图3为8418板材未处理前金相组织图

　　图4为8418板材处理后金相组织图

　　图5为5h12圆钢未处理前金相组织图

　　图6为5h12圆钢处理后金相组织图

　　具体实施方式

　　为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。

　　实施例1

　　以h13圆钢为处理对象，所述h13圆钢未处理前金相组织，如图1所示。(as15级500×)

　　在锻造后，在充满惰性气体的条件下，控制温度860℃，保温5h，然后快速冷却(冷却速度为20℃/s)至650℃，保温6h；进行等温预热，预热温度为660℃；快速加热(升温速度为1℃/min)至1060℃后保温，保温时间20min，然后降低温度至1050℃以下，置于水中，冷却。接下来，更后随炉冷却，冷却至400℃以下。

　　经过上述步骤处理后的h13圆钢金相组织，如图2所示。(as3级500×)

　　实施例2

　　以8418板材为处理对象，所述8418板材未处理前金相组织，如图3所示。(as18级500×)

　　在锻造后，在充满惰性气体的条件下，先控制温度880℃，保温10h，然后快速冷却(冷却速度为50℃/s)至690℃，保温8h，再进行等温预热，快速加热(升温速度为2℃/min)至1060℃后保温，保温时间60min，然后降低温度至1050℃以下，置于水中，冷却。

　　经过上述步骤处理后的8418板材金相组织，如图4所示。(as2级500×)

　　实施例3

　　以5h12圆钢为处理对象，所述5h12圆钢未处理前金相组织，如图5所示。(as13级500×)

　　在锻造后，在充满惰性气体的条件下，先控制温度890℃，保温6h，然后快速冷却(冷却速度为50℃/s)至680℃，保温7h，再进行等温预热，预热温度为1010℃；快速加热(升温速度为2℃/min)至1060℃后保温，保温时间30min，然后降低温度至1050℃以下，置于水中，冷却。

　　经过上述步骤处理后的5h12圆钢金相组织，如图6所示。(as2级500×)

　　从实施例1～实施例3的试验，可以看出。采用本方法所处理的热作模具钢，与处理前相比，颗粒明显更细更均匀。

　　实施例4

　　以h13圆钢为处理对象，在锻造后，在充满惰性气体的条件下，先控制温度885℃，保温5h，然后快速冷却(冷却速度为20℃/s)至650℃，保温6h。660℃下进行等温预热，预热温度为1010℃；快速加热(升温速度为1℃/min)至1060℃后保温，保温时间20min，然后降低温度至1050℃以下，置于水中冷却，同时进行超声处理(超声波功率为800w，超声波频率为25khz)。

　　实施例5

　　以8418板材为处理对象，在锻造后，在充满惰性气体的条件下，先控制温度900℃，保温10h，然后快速冷却(冷却速度为50℃/s)至690℃，保温8h。再进行等温预热，预热温度为680℃，然后快速加热(升温速度为2℃/min)至1060℃后保温，保温时间60min，然后降低温度至1050℃以下，置于水中冷却，同时进行超声处理(超声波功率为800w，超声波频率为25khz)。

　　实施例6

　　以5h12圆钢为处理对象，在锻造后，在充满惰性气体的条件下，先控制温度880℃，保温6h，然后快速冷却(冷却速度为50℃/s)至680℃，保温7h，进行等温预热，快速加热(升温速度为2℃/min)至1060℃后保温，保温时间30min，然后降低温度至1050℃以下，置于水中冷却，同时进行超声处理(超声波功率为800w，超声波频率为25khz)。

　　实施例7

　　力学性能测试。对实施例1～实施例6处理后的产品，进行力学性能测试。所得结果如下：实施例1，冲击韧性为10.3j/cm2，实施例4冲击韧性为12.1j/cm2，实施例2，冲击韧性为23.8j/cm2，实施例5冲击韧性为33.1j/cm2，实施例3，冲击韧性为30.2j/cm2，实施例6冲击韧性为38.0j/cm2，