CN101724735A - 中碳铬钼钢基钢结硬质合金的热处理方法 - Google Patents

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付强
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Abstract

本发明属于金属材料及其热处理领域，特别涉及一种中碳铬钼钢基钢结硬质合金的热处理方法。包括真空加热、淬火及低温回火步骤，其中：其成分按照重量百分比为：碳化钨35～50，碳0.5～1，铬0.8～3，镍1～4，钼1～4，锰0.8～3，其余为铁；所述淬火步骤为在真空室中进行等温气淬，首先将奥氏体化后的工件以30～60℃/s的速度冷却至240～300℃，冷却介质为氩气或氮气；然后在240～300℃等温10～80分钟获得下贝氏体；其中等温气淬步骤真空室中气体压力为0.2～0.3MPa。本发明关键是采用等温气淬技术，生产的产品具有很高强韧性，工件几乎不变形、表面质量好，易于大工业化生产，并且质量稳定。

Description

中碳铬钼钢基钢结硬质合金的热处理方法
技术领域
本发明属于金属材料及其热处理领域，特别涉及一种中碳铬钼钢基钢结硬质合金的热处理方法，可以在真空环境中获得高强韧性的钢结硬质合金下贝氏体组织。
背景技术
钢结硬质合金是一种新型工模具材料，它是在合金钢的基体上均匀分布30-50％硬质颗粒，即一般以碳化钨或碳化钛为硬质相，以合金钢为粘结相(其体积分数一般在50％以上)，针对不同的使用要求，可选用不同的钢种为基体，包括铬钼工具钢、高速钢、不锈钢和高锰钢。中碳铬钼钢基钢结硬质合金是一种可锻造、加工性能好、并具有较高强韧性的钢结硬质合金，例如钢铁研究总院90年代末研制和生产的AGW46钢结硬质合金，该合金抗压强度高、耐磨性好，做成冷挤压模具的阳模，其寿命是日本的SKD11模具钢、美国M2钢的10～20倍。该合金作为冷作模具材料，市场前景广阔、经济效益和社会效益显著，是一种上水平的换代产品。
中碳铬钼钢基钢结硬质合金自研发成功以来，一直采用盐浴淬火和真空油淬及真空气淬工艺。真空油淬及真空气淬的工艺过程均为：预热(850～900℃，30～60分钟，真空度1～100Pa)→保温(1060～1100℃，40～60分钟，真空度1～100Pa)→冷却(真空油淬为以60～100℃/s冷速冷却至50～80℃，冷却介质为淬火油；真空气淬为以30～60℃/s冷速冷却至50～80℃，冷却介质为氩气或氮气)→低温回火(180～220℃，空气中)。真空油淬和真空气淬的钢结硬质合金基体组织均为回火马氏体+残余奥氏体。盐浴淬火的工艺过程为：预热(850～900℃，30～60分钟)→保温(1060～1100℃，20～40分钟)→冷却(以60～80℃/s冷速冷却至260～300℃，50～80分钟，冷却介质为盐)→水冷至室温→低温回火(180～220℃，空气中)。盐浴淬火的钢结硬质合金基体组织为下贝氏体+回火马氏体+残余奥氏体。
真空油淬及真空气淬的钢结硬质合金产品性能稳定、变形量小、表面质量好并且能耗少、环境污染小，但难以实现高韧性。例如，采用真空油淬或真空气淬所得到AGW46钢结硬质合金的冲击韧性一般在15J/cm2以下。盐浴淬火虽然可以实现钢结硬质合金的高韧性，如AGW46钢结硬质合金的冲击韧性可达到20J/cm2以上。但盐浴加热污染严重，工作环境差，能源消耗大，辅助设备多，占用场地大。特别是采用盐浴淬火所生产的钢结硬质合金还有性能不够稳定、产品变形大、产品表面质量差以及产品放置一定时间后还会出现表面晶间腐蚀等问题。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种中碳铬钼钢基钢结硬质合金热处理方法。上述制备方法简单，易于大规模产业化生产质量稳定的中碳铬钼钢基钢结硬质合金。
为了达到上述目的，本发明是这样实现的：
一种中碳铬钼钢基钢结硬质合金的热处理方法，包括真空加热、淬火及低温回火步骤，其中：
该中碳铬钼钢基钢结硬质合金的成分按照重量百分比为：碳化钨35～50，碳0.5～1，铬0.8～3，镍1～4，钼1～4，锰0.8～3，其余为铁；
所述淬火步骤为在真空室中进行等温气淬，首先将奥氏体化后的工件以30～60℃/s的速度冷却至240～300℃，冷却介质为氩气或氮气；然后在240～300℃等温10～80分钟获得下贝氏体；其中等温气淬步骤真空室中气体压力为0.2～0.3MPa。
真空加热步骤为在上述真空室中加热至奥氏体化温度，加热步骤真空度为1～100Pa，加热温度为1060～1100℃，保温时间为40～60分钟。
低温回火步骤为：至少两次如下低温回火处理：在180～220℃保温3～4小时。
等温气淬的冷速为30～50℃/s。
等温气淬中，在240～280℃等温10～60分钟获得下贝氏体。
真空加热步骤之前还包括如下预热步骤：预热温度为850～900℃，保温时间为30～60分钟。
真空加热、淬火及低温回火步骤均在真空炉内进行，淬火设备为双室真空气淬炉。
完成一次从真空加热到等温淬火的时间为3～5小时。
本发明的技术方案如下：
本发明采用真空加热、冷却、等温气淬及低温多次回火工艺。淬火设备为双室真空气淬炉。工件的加热和淬火都在真空炉内进行，生产一炉的运行时间(不包括预热和低温回火)为3～5小时。
1.真空加热工艺
(1).真空度1～100Pa。
(2).预热温度为850～900℃，保温时间为30～60分钟。
(3).奥氏体化温度为1060～1100℃，保温时间为40～60分钟。
2.冷却
奥氏体化后以30～60℃/s冷速冷却至240～300℃温度区域，冷却介质为氩气或氮气。
3.等温气淬工艺
(1).气体室温度为240～300℃，保温时间10～80分钟。
(2).气体压力为0.2～0.3MPa。
4.回火工艺
回火温度为180～220℃，保温时间为3～4小时，回火两次。
加热工艺的目的是为了得到溶解有一定碳化物的均匀的奥氏体组织，以保证合金最终组织的硬度和合适的晶粒度；等温气淬是该技术的关键，目的是得到具有较高强韧性的下贝氏体组织及一部分马氏体和残余奥氏体；低温回火是为了去应力并最终得到碳化物+下贝氏体+回火马氏体组织+残余奥氏体。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明所生产的AGW46钢结硬质合金具有很高强韧性(抗拉强度2030～2230N/mm2，冲击韧性22～32J/cm2)，工件几乎不变形、表面质量好，易于大工业化生产且质量稳定。使得中碳铬钼钢基钢结硬质合金的应用领域大大拓宽，性价比高，具有很强的市场竞争力。
下面结合技术效果介绍本发明的实施例
本发明的实施例涉及的成分如表1所示。
表1
上述各个组分的样品在等温气淬步骤的工艺参数参见表2
表2
Figure G2009102425683D00052
本发明效果实例见表3～5。
表3.不同处理工艺的AGW46合金性能对照表
处理工艺  抗弯强度N/mm2   抗压强度N/mm2   抗拉强度N/mm2   冲击韧性J/cm2   硬度HRC
  真空气淬  2500-3300   4000-4200   1500-1600   15-20   61-65
  本发明  2800-3600   3200-3800   2030-2230   22-32   61-65
表4.不同处理工艺的AGW46合金表面质量及变形量比较表
  处理工艺   变形量   表面质量
  盐浴淬火   1％   较差(灰黑色且不均匀)
  本发明   0.2％   好(均匀银灰色)
表5.不同合金试用效果对照表
冲棒(冲针)材料 失效形式   使用寿命/万件 寿命提高倍数  万件产品分摊冲棒费相对比例/％
  6542高速钢   磨损   8  100
  H55高速钢(镀TiN)   磨损   40   5  72
  AGW46合金(真空气淬)   折断   0
  AGW46合金(本发明)   磨损   50   6.25  58

Claims (8)

1.一种中碳铬钼钢基钢结硬质合金的热处理方法，包括真空加热、淬火及低温回火步骤，其特征在于：
该中碳铬钼钢基钢结硬质合金的成分按照重量百分比为：碳化钨35～50，碳0.5～1，铬0.8～3，镍1～4，钼1～4，锰0.8～3，其余为铁；
所述淬火步骤为在真空室中进行等温气淬，首先将奥氏体化后的工件以30～60℃/s的速度冷却至240～300℃，冷却介质为氩气或氮气；然后在240～300℃等温10～80分钟获得下贝氏体；其中等温气淬步骤真空室中气体压力为0.2～0.3MPa。
2.按照权利要求1所述的热处理方法，其特征在于：所述真空加热步骤为在上述真空室中加热至奥氏体化温度，加热步骤真空度为1～100Pa，加热温度为1060～1100℃，保温时间为40～60分钟。
3.按照权利要求1所述的热处理方法，其特征在于：所述低温回火步骤为：至少两次如下低温回火处理：在180～220℃保温3～4小时。
4.按照权利要求1所述的热处理方法，其特征在于：所述等温气淬的冷速为30～50℃/s。
5.按照权利要求1所述的热处理方法，其特征在于：所述等温气淬中，在240～280℃等温10～60分钟获得下贝氏体。
6.按照权利要求1所述的热处理方法，其特征在于：所述真空加热步骤之前还包括如下预热步骤：预热温度为850～900℃，保温时间为30～60分钟。
7.按照权利要求1所述的热处理方法，其特征在于：所述真空加热、淬火及低温回火步骤均在真空炉内进行，淬火设备为双室真空气淬炉。
8.按照权利要求1所述的热处理方法，其特征在于：完成一次从真空加热到等温淬火的时间为3～5小时。
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