一种工模具钢高效连续退火方法与流程

　　本发明涉及一种工模具钢高效连续退火方法，属于金属热处理技术领域。

　　背景技术：

　　工模具钢(高速钢和模具钢)因具有高硬度、高耐磨性等优点，主要用于制造高速复杂切削工具、精密模具等，是高端装备制造业的重要基础材料。通过高碳高合金的成分设计，工模具钢中形成大量硬质、稳定的合金碳化物，对材料性能具有十分重要的影响。通过热处理工艺，可以调控碳化物数量、尺寸、类型及分布，提高钢材硬度、强度、红硬性、塑韧性等，从而提升工模具的使用寿命。

　　退火是工模具钢常用的热处理工艺之一，可改善工模具钢加工性能。根据退火目的不同，工模具钢退火工艺分为多种。工模具钢每道次冷加工或热加工后，需进行中间退火，在奥氏体化温度以下加热，消除内部加工应力，恢复材料加工能力。中间退火并不能保证工模具钢使用状态的组织要求，淬回火之前通常需要进行完全退火，改善工模具钢塑性，并为淬回火处理做好组织准备。完全退火是指将工模具钢加热到奥氏体化转变温度以上，并在冷却过程中发生共析转变，得到退火索氏体组织。由于工模具钢合金元素含量高、奥氏体稳定性较强，冷却不当极易形成马氏体或贝氏体组织，材料塑性恶化。

　　为避免上述情况，实际生产中采用极为缓慢的冷却速度(通常小于1℃/min)，或者采用等温退火工艺，即奥氏体化后降至某一温度(共析转变温度)长时间等温，以保证奥氏体充分发生共析转变。然而，缓冷退火工艺和长时间等温退火工艺不仅使生产效率降低，而且容易导致工模具钢组织粗化，对加工性能和使用性能不利。

　　因此，开发新型工模具钢退火工艺方法，同时提高生产效率和组织质量，对于高性能工模具钢生产具有重要意义。

　　技术实现要素：

　　发明目的：针对传统等温退火或缓冷退火工艺生产效率低、产品组织质量差的问题，本发明提供一种工模具钢高效连续退火方法。

　　技术方案：本发明所述的工模具钢高效连续退火方法，包括如下步骤：

　　(1)奥氏体化：将工模具钢加热至840～920℃保温，进行充分奥氏体化；

　　(2)快速冷却：奥氏体化的工模具钢快速降温至770～810℃的特定温度区间；

　　(3)控制连续冷却：当奥氏体化的工模具钢温度达到770～810℃后，控制2～5℃/min的冷却速度进行连续冷却；

　　(4)连续冷却至450～550℃左右，空冷。

　　上述步骤(1)中的奥氏体化温度与步骤(2)中快冷到达的特定温度区间以及步骤(3)中的控制的连续冷却速度具有对应关系。较优的，当步骤(1)中奥氏体化温度为840～850℃时，步骤(2)中快速降温至795～810℃的温度区间，在此基础上，奥氏体化温度每升高10～20℃，快速冷却到达的温度区间降低5～10℃。进一步的，当步骤(1)中奥氏体化温度为840～850℃时，步骤(3)中控制的连续冷却速度为4.5～5℃/min，在此基础上，奥氏体化温度每升高10～20℃，连续冷却速度降低0.5～1℃/min。

　　发明原理：本发明通过将工模具钢在840～920℃奥氏体化后快速冷却至特定温度区间(770～810℃)，可控制高温缓慢退火引起的组织粗化及碳化物析出不当问题；达到上述特定温区后，控制连续冷却速度在2～5℃/min之间，可缩短退火处理时间；通过联动控制奥氏体化温度及冷却速度，控制共析转变行为及转变组织，获得均匀细小的球状退火组织。

　　有益效果：与现有的等温退火及缓冷退火工艺相比，本发明的工模具钢高效连续退火工艺不仅缩短了退火时间、提高了生产效率，而且使退火组织细化，提升工模具钢组织质量。

　　附图说明

　　图1(a)和1(b)分别为采用现有的缓冷退火工艺和等温退火工艺处理后的m42钢的扫描电镜图；

　　图2为实施例1退火处理后的m42钢的扫描电镜图；

　　图3为实施例2退火处理后的m42钢的扫描电镜图；

　　图4为实施例3退火处理后的m42钢的扫描电镜图；

　　图5为实施例4退火处理后的m42钢的扫描电镜图；

　　图6为实施例5退火处理后的m42钢的扫描电镜图；

　　图7为实施例6退火处理后的m42钢的扫描电镜图。

　　具体实施方式

　　下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

　　实施例1

　　(1)将m42钢加热到840℃保温，充分奥氏体化；

　　(2)快速降温至795～810℃温区；

　　(3)以5℃/min的冷却速度连续冷却；

　　(4)炉冷至500℃左右，空冷。

　　实施例2

　　(1)将m42钢加热到855℃保温，充分奥氏体化；

　　(2)快速降温至790～805℃温区；

　　(3)以4℃/min的冷却速度连续冷却；

　　(4)炉冷至500℃左右，空冷。

　　实施例3

　　(1)将m42钢加热到870℃保温，充分奥氏体化；

　　(2)快速降温至785～800℃温区；

　　(3)以3.5℃/min的冷却速度连续冷却；

　　(4)炉冷至500℃左右，空冷。

　　实施例4

　　(1)将m42钢加热到890℃保温，充分奥氏体化；

　　(2)快速降温至780～795℃温区；

　　(3)以3℃/min的冷却速度连续冷却；

　　(4)炉冷至500℃左右，空冷。

　　实施例5

　　(1)将m42钢加热到910℃保温，充分奥氏体化；

　　(2)快速降温至775～790℃温区；

　　(3)以2.5℃/min的冷却速度连续冷却；

　　(4)炉冷至500℃左右，空冷。

　　实施例6

　　(1)将m42钢加热到920℃保温，充分奥氏体化；

　　(2)快速降温至770～785℃温区；

　　(3)以2℃/min的冷却速度连续冷却；

　　(4)炉冷至500℃左右，空冷。

　　实施例1～6退火处理后的m42钢的扫描电镜图如图2～7，可以看到，实施例1～6均获得了均匀细小的球状退火组织。

　　作为对比例，分别将m42钢采用现有的缓冷退火工艺和等温退火工艺进行退火处理，处理后m42钢的扫描电镜图如图1(a)和1(b)，可以看到，现有缓冷退火工艺或等温退火工艺处理后的m42钢未获得细小的球状退火组织，组织质量明显差于实施例1～6，说明采用本发明的连续退火方法不仅缩短了退火时间，而且可使退火组织细化，提升工模具钢组织质量。

　　技术特征：技术总结