CN101314809A - 可获得可控和均匀硬度的铸铁类模具材料热处理方法 - Google Patents

可获得可控和均匀硬度的铸铁类模具材料热处理方法 Download PDF

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Abstract

一种可获得可控和均匀硬度的铸铁类模具材料热处理方法，步骤为：第一步，将铸铁模具材料放入真空炉中预热至900℃－950℃，奥氏体化后，出真空炉后空冷；第二步，将工件放入真空炉中，升温至600℃－650℃，保温，再升温至890℃－900℃，保温后出真空炉，以油冷方式淬火，获得马氏体组织；第三步，将工件放入真空炉中，进行三次变温回火：第一次回火：230℃～600℃，保温，空冷；第二次回火：230℃～600℃，保温，空冷；第三次回火：250℃～600℃，保温，空冷。本发明获得的铸铁类模具，硬度可以控制在33HRC－55HRC之间确定控制，硬度波动可控制在10％以内，达到整体模具硬化的效果。

Description

可获得可控和均匀硬度的铸铁类模具材料热处理方法
技术领域
本发明涉及一种热处理技术领域的方法，具体是一种可获得可控和均匀硬度的铸铁类模具材料热处理方法。
背景技术
随着我国汽车工业的飞速发展，国内汽车用冷冲压模具行业也得到了快速的发展。出于成本等因素的考虑，汽车用冷冲压模具材料一般采用铸铁，如MoCr铸铁、球墨铸铁和灰铸铁等。而这些铸铁模具材料普遍存在是硬度偏低，导致冲压件质量难以控制，以及模具寿命短效。为了解决这个问题，通常采用表面处理方式来强化模具表层硬度，比如表面火焰热处理、表面激光热处理、表面镀铬处理、或其它表面改性技术如渗碳、渗氮等处理方式。这些处理方式的共同缺陷是表面硬化层较薄，易于磨损，尤其是表面火焰热处理和激光热处理等技术，易导致各点硬度极其不均匀，表面镀铬容易剥落，渗碳、渗氮等成本较高。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号：02139110.6，名称为一种用LD钢制造复杂异形粉末冶金模具的热处理工艺。该技术提及：一种用LD钢制造复杂异形粉末冶金模具的热处理工艺。它在将加热保温后的LD钢进行盐浴油淬，并进行变温多次回火工艺，进而使LD钢具有一定的强度和韧性。上述技术不足在于：只提及LD钢模具材料的热处理工艺，并没有提及如何获得可控和均匀硬度的铸铁类模具材料热处理方法。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种可获得可控和均匀硬度的铸铁类模具材料热处理方法，通过控制正火工艺、淬火工艺和回火工艺，来达到汽车用冷冲压模具的整体硬化效果，而且表面和深层的各点硬度分布均匀、数值波动范围小，并能有效地减少热处理变形，消除开裂。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明针对MoCr铸铁、球墨铸铁和灰铸铁模具钢，包括正火预处理、油冷淬火和真空炉三次变温回火三个步骤，具体如下：
第一步，正火预处理：将MoCr铸铁、球墨铸铁或灰铸铁模具材料放入真空炉中预热至900℃-950℃，奥氏体化后，出真空炉后空冷，获得均匀的平衡组织，以降低铸铁材料内应力，并为最终热处理准备组织条件。
所述真空炉为真空退火炉，真空度要小于4×10-1Pa。
第二步，油冷淬火：将第一步处理后的工件放入真空炉中，升温至600℃-650℃，保温，再升温至890℃-900℃，保温后出真空炉，以油冷方式淬火，获得马氏体组织，使铸铁材料产品的具有高的硬度；
所述真空炉为真空油淬炉，真空度要小于4×10-1Pa。
所述升温至600℃-650℃，其升温速度为10℃/min，保温50分钟。
所述升温至890℃-900℃，其升温速度为5℃/min，保温100分钟。
第三步，将第二步处理后的工件放入真空炉中，进行三次变温回火：
第一次回火：230℃～600℃，保温，空冷；
第二次回火：230℃～600℃，保温，空冷；
第三次回火：250℃～600℃，保温，空冷。
三次变温回火降低油冷淬火后产生的内应力，按照预期硬度目标，选择回火温度，获得产品所需要的表面硬度。
所述真空炉为真空回火炉，真空度要小于4×10-1Pa。
所述第一次回火，其保温时间为240分钟。
所述第二次回火，其保温时间为300分钟。
所述第三次回火，其保温时间为300分钟。
本发明可根据要求获得一系列预定的硬度范围值，如33HRC，45HRC，55HRC等，以便用于研究同一种模具材料在不同的硬度下对冲压成形质量的影响，以及在相同的模具硬度下，不同的模具材料对冲压成形质量的影响。各点硬度分布要均匀，且能达到整体模具硬化的效果，可大幅度延长模具的使用寿命，并获得优良的成形件表面质量。
本发明通过油冷淬火和真空炉多次变温回火工艺，使具有硬度较低的MoCr铸铁、球墨铸铁和灰铸铁类模具材料获得可控和均匀分布的硬度，且在热处理过程中不开裂，小变形，热处理后淬透性好。硬度可以控制在33HRC-55HRC之间确定控制，硬度波动可以控制在10％以内，达到整体模具硬化的效果。
附图说明
图1为本发明实施例获得的各点硬度值分布图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
获得铸铁模具目标硬度为33HRC的热处理，材料为HT300
(1)正火预处理：材料HT300放入真空退火炉中，真空度抽至为1×10-1Pa，然后预热至900℃，保温180分钟奥氏体化，出真空炉后空冷，获得均匀的平衡组织；
(2)油冷淬火：将第(1)步处理后的工件放入真空油淬炉中，真空度抽至为1×10-1Pa，然后以10℃/min的加热速度，升温至600℃，保温50分钟，再以5℃/min加热速度升温至890℃，保温100分钟后出真空炉，以油冷方式淬火，获得马氏体组织；
(3)将第(2)步处理后的工件放入真空回火炉中，真空度抽至为1×10-1Pa，然后进行三次变温回火：
第一次回火：600℃，保温240分钟，空冷；
第二次回火：600℃，保温300分钟，空冷；
第三次回火：600℃，保温300分钟，空冷。
该产品在热处理过程中不开裂，小变形，热处理后淬透性好。硬度控制在33HRC附近，硬度波动在3HRC，达到整体模具硬化的效果。
实施例2：
获得铸铁模具目标硬度为45HRC的热处理，材料为QT600
(1)正火预处理：材料QT600放入真空退火炉中，真空度抽至为1×10-1Pa，然后预热至920℃，保温180分钟奥氏体化，出真空炉后空冷，获得均匀的平衡组织；
(2)油冷淬火：将第(1)步处理后的工件放入真空油淬炉中，真空度抽至为1×10-1Pa，然后以10℃/min的加热速度，升温至620℃，保温50分钟，再以5℃/min加热速度升温至890℃，保温100分钟后出炉，以油冷方式淬火，获得马氏体组织；
(3)将第(2)步处理后的工件放入真空回火炉中，真空度抽至为1×10-1Pa，然后进行三次变温回火：
第一次回火：500℃，保温240分钟，空冷；
第二次回火：520℃，保温300分钟，空冷；
第三次回火：540℃，保温300分钟，空冷。
该产品在热处理过程中不开裂，小变形，热处理后淬透性好。硬度控制在45HRC附近，硬度波动在2HRC，达到整体模具硬化的效果。
实施例3：
获得铸铁模具目标硬度为55HRC的热处理，材料为MoCr铸铁
(1)正火预处理：材料MoCr铸铁放入真空退火炉中，真空度抽至为1×10-1Pa，然后预热至950℃，保温180分钟奥氏体化，出真空炉后空冷，获得均匀的平衡组织；
(2)油冷淬火：将第(1)步处理后的工件放入真空油淬炉中，真空度抽至为1×10-1Pa，然后以10℃/min的加热速度，升温至650℃，保温50分钟，再以5℃/min加热速度升温至900℃，保温100分钟后出炉，以油冷方式淬火，获得马氏体组织；
(3)将第(2)步处理后的工件放入真空回火炉中，真空度抽至为1×10-1Pa，然后真空炉三次变温回火：
第一次回火：230℃，保温240分钟，空冷；
第二次回火：230℃，保温300分钟，空冷；
第三次回火：250℃，保温300分钟，空冷。
该产品在热处理过程中不开裂，小变形，热处理后淬透性好。硬度控制在55HRC附近，硬度波动在2HRC，达到整体模具硬化的效果。
如图1所示，为按照上述实施例中，采用三种变温回火工艺后获得的模具硬度实测值，横坐标为测量点，纵坐标为硬度值。3个实施例的硬度依次控制在33HRC、45HRC和55HRC，且硬度波动控制在2HRC～3HRC之间，各点硬度值分布均匀，且都能稳定控制在设定的目标值范围内。

Claims (9)

1、一种可获得可控和均匀硬度的铸铁类模具材料热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，正火预处理：将MoCr铸铁、球墨铸铁或灰铸铁模具材料放入真空炉中预热至900℃-950℃，奥氏体化后，出真空炉后空冷，获得均匀的平衡组织；
第二步，油冷淬火：将第一步处理后的工件放入真空炉中，升温至600℃-650℃，保温，再升温至890℃-900℃，保温后出真空炉，以油冷方式淬火，获得马氏体组织；
第三步，将第二步处理后的工件放入真空炉中，进行三次变温回火：
第一次回火：230℃～600℃，保温，空冷；
第二次回火：230℃～600℃，保温，空冷；
第三次回火：250℃～600℃，保温，空冷。
2、根据权利要求1所述的可获得可控和均匀硬度的铸铁类模具材料热处理方法，其特征是，第一步中，所述真空炉为真空退火炉，真空度小于4×10-1Pa。
3、根据权利要求1所述的可获得可控和均匀硬度的铸铁类模具材料热处理方法，其特征是，第二步中，所述真空炉为真空油淬炉，真空度小于4×10-1Pa。
4、根据权利要求1所述的可获得可控和均匀硬度的铸铁类模具材料热处理方法，其特征是，第二步中，所述升温至600℃-650℃，其升温速度为10℃/min，保温50分钟。
5、根据权利要求1所述的可获得可控和均匀硬度的铸铁类模具材料热处理方法，其特征是，第二步中，所述再升温至890℃-900℃，其升温速度为5℃/min，保温100分钟。
6、根据权利要求1所述的可获得可控和均匀硬度的铸铁类模具材料热处理方法，其特征是，第三步中，所述真空炉为真空回火炉，真空度小于4×10-1Pa。
7、根据权利要求1所述的可获得可控和均匀硬度的铸铁类模具材料热处理方法，其特征是，第三步中，所述第一次回火，其保温时间为240分钟。
8、根据权利要求1所述的可获得可控和均匀硬度的铸铁类模具材料热处理方法，其特征是，第三步中，所述第二次回火，其保温时间为300分钟。
9、根据权利要求1所述的可获得可控和均匀硬度的铸铁类模具材料热处理方法，其特征是，第三步中，所述第三次回火，其保温时间为300分钟。
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