CN101736139A - 大型预硬型塑料模具钢模块组织控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于塑料制品制造的大型预硬型模具钢模块组织控制方法，属合金钢热处理金相组织结构控制技术领域。本发明针对多种中碳铬锰钼或含有少量铜、镍、铝、硼等元素制成的大型预硬型塑料模具钢，在其钢锭锻造成模块后根据钢材的相变特性进行控制冷却，然后在低温炉中保温，使模块中的奥氏体发生充分转变；将模块以适当速度再次加热完全奥氏体化后进行控制冷却；当模块表面降至350～200℃后缓冷，从而获得贝氏体或者贝氏体加马氏体的混合组织，晶粒大小5~8级。最后在300～600℃温度范围内进行回火，调整硬度至28～38HRC范围内，截面硬度差小于±2HRC。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于塑料制品制造的大型预硬型模具钢模块组织控制方法，属合金钢热处理金相组织结构控制技术领域。
背景技术
预硬型塑料模具钢一般是在含碳0.2～0.5wt％中低碳钢的基础上加入适量的Cr、Mn、Mo等合金元素进行合金化，有的也添加有Cu、Ni、Al、B等合金元素，目前国内外广泛应用的有3Cr2MnMo、3Cr2NiMnMo和10Ni2MnCuAl等。预硬型塑料模具钢一般采用的制造方法是在钢锭锻打制成模块后，经淬火获得马氏体或者马氏体+见氏体组织，最后回火调整硬度在28-38HRC的范围，以便机械加工制作模具。
制造大型预硬型塑料模具钢需要大型钢锭，由于钢锭巨大，其凝固组织偏析严重，锻造加工、组织控制技术难度大，容易出现粗晶、微裂纹等缺陷，而且粗大的组织会造成生产过程中无损检测可靠性降低，在传统的预硬化淬火热处理时孔隙性缺陷还容易延伸扩展，造成废品。
潘健生等人的专利(专利号200410017025.9)“模具钢的贝氏体淬火方法”，对于中碳、铬、镍、锰、铝预硬型塑料模具钢工件，提出在奥氏体化后进行空冷或相当于空冷冷却速度的氮气气氛中进行冷却，使工件表面和心部均在400℃先后发生转变获得贝氏体组织，并获得在40±1HRC范围内的硬度。此方法预硬化后可获得贝氏体组织，工艺性良好，但未涉及模块锻后组织控制。
刘宗昌等人在“718塑料模具钢的组织和预硬化处理”(《特殊钢》，2002年4月，Vol.23.No.2：43～45)文中指出，有效厚度为100～500mm718钢锻轧后的模块油淬难以淬透，，得到马氏体+贝氏体组织，或完全为贝氏体组织，淬火马氏体经过回火得到的回火托氏体组织均匀细小，而淬火贝氏体的回火组织较粗大，影响模具的加工和使用性能。
以上文献分别提出一种模具钢的贝氏体淬火方法和贝氏体回火组织晶粒粗大的特征。而对于有效尺寸大于200mm的大型塑料模具钢，淬火一般获得贝氏体或者马氏体+贝氏体混合组织。本发明根据塑料模具钢的相变特性，通过对模块锻后冷却速度、二次奥氏体化加热速度和冷却过程等各环节的控制实现晶粒大小、微观组织和力学性能的控制。
发明内容
本发明的目地在于提供一种用于塑料制品制造的大型预硬型模具钢模块组织控制方法。
本发明针对大型塑料模具钢，在其钢锭锻造成模块后根据钢材的相变特性进行控制冷却，然后在低温炉中保温，使模块中的奥氏体发生充分转变。
将模块以适当速度再次加热完全奥氏体化后进行控制冷却，避免高温铁素体和珠光体的析出。当模块表面降至350～200℃后缓冷，从而获得贝氏体或者贝氏体+马氏体混合组织，晶粒大小5～8级。
最后根据需要，在300～600℃温度范围内进行回火，调整模块硬度至28～38HRC范围内，截面硬度差小于±2HRC。
本发明一种大型预硬型模具钢模块组织控制方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：
(1)将塑料模具钢钢锭入炉加热，加热温度1180～1250℃，保温时间控制在1.5-2.2D小时(D＝截面厚度mm/100mm)；模块截面越厚、越宽，系数取上限；保温结束后在1150～900℃温度范围内，采用两镦两拔工艺锻造成模块；
(2)锻造完毕，模块置于垫块上控制冷却，在设定的温控点为准，其冷却速度控制在30～80℃/h，锻后使大模块以较快冷速冷却，以抑制奥氏体晶粒长大，并避开高温铁素体和珠光体析出；当温控点温度降至380～330℃后控制冷速在20～50℃/h下冷却。温控点温度降至300～250℃后，将模块装入温度为250～350℃的加热炉内，保温时间0.3～0.6D小时，以减小模块心部和表面温度差，减缓组织应力，确保心部奥氏体完全转变；
(3)保温结束后进行升温，在模块表面温控点温度达到750℃之前，采用较慢加热速度，在40～70℃/h之间，以减缓热应力；根据塑料模具钢加热速度与晶粒大小的关系，在750℃～奥氏体化温度之间采用较快速度80～150℃/h进行加热，控制奥氏体晶粒的长大；奥氏体化温度一般在820℃～920℃之间.保温时间1.5～2.5D小时；
(4)保温结束后取出模块控制冷却，表面温控点冷却速度控制在40～100℃/h，温度降至380～330℃后控制冷速在20～50℃/h，直至表面温控点温度降至250～200℃，然后缓冷；从而获得贝氏体和马氏体组织；
(5)根据钢材特性和目标硬度进行模块最终回火处理，温度控制在300～600℃之间，回火时间2～4D，晶粒大小5～8级，回火后硬度范围在28～38HRC，截面硬度差小于±2HRC。
与传统预硬化塑料模具钢制造工艺相比，本发明根据塑料模具钢的相变特性，通过对模块锻后冷速、二次奥氏体化加热速度和冷却过程等各环节的控制实现晶粒大小、微观组织和力学性能的控制。本方法工艺稳定好，降低了模块制造过程中出现微裂纹、粗晶、不合理变形等风险。
本发明中所涉及的大型预硬型塑料模具钢为含碳0.2～0.5wt％的并含有Cr、Mn、Mo的合金钢，或含有Ni、Mo、Cu、Al、的合金钢，也即是3Cr2MnMo、3Cr2NiMnMo、10Ni2MnCuAl预硬型塑料模具钢；合金钢模块的尺寸为：200～1200mm×500～1500mm×1500～5000mm(厚×宽×长)，重量为5～30吨。
附图说明：
图1为本发明中大型塑料模具钢模块预设定的测温控制点，也即温控点的位置示意图。
图2为本发明中3Cr2NiMnMo钢奥氏体晶粒尺寸和加热速度的关系曲线图。
图3为本发明中3Cr2MnMo和3Cr2NiMnMo塑料模具钢淬火所得贝氏体组织的金相照片图。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述与后。
实施例1：3Cr2NiMnMo大型预硬型塑料模具钢模块，外形尺寸为1020mm(厚)×1220mm(宽)×2620mm(长)，锻造后控制强风冷却6小时，温控点降至350℃后空冷，温度控制点温度降至250℃时，进入350℃台车式燃气炉内保温6小时后进行加热，加热速度50℃/h，温控点温度750℃后加热速度100℃/h，在880℃保温15小时奥氏体化。
保温结束后吊出台车，强风冷却5小时，温度控制点温度降至350℃后空冷至室温。随后560℃保温30小时进行回火；最终调整模块表面硬度为33±2HRC，晶粒大小为6-7级。
实施例2：3Cr2MnMo大型预硬型塑料模具钢模块，外形尺寸为300mm(厚)×790mm(宽)×3500(长)mm，锻造后控制强风冷却4小时，温控点降至350℃后空冷，温度控制点温度降至250℃时，进入350℃台车式燃气炉内保温5小时后进行加热，加热速度50℃/h，温控点温度750℃后加热速度100℃/h，在890℃保温13小时奥氏体化。
保温结束后吊出台车，强风冷却4小时，温度控制点温度降至350℃后空冷至室温。随后560℃保温24小时进行回火；最终调整模块表面硬度为30±2HRC，晶粒大小为7-8级。
实施例3：10Ni2MnCuAl大型预硬型塑料模具钢模块，外形尺寸为1100mm(厚)×1120mm(宽)×2600mm(长)，锻造后控制强风冷却8小时，温控点降至350℃后空冷，温度控制点温度降至250℃时，进入350℃台车式燃气炉内保温7小时后进行加热，加热速度50℃/h，温控点温度750℃后加热速度100℃/h，在880℃保温18小时奥氏体化。
保温结束后吊出台车，强风冷却6小时，温度控制点温度降至350℃后空冷至室温。随后560℃保温33小时进行回火；最终调整模块表面硬度为36±2HRC，晶粒大小为7-8级。
关于本发明实施例中所述的温控点的位置，可参见附图中图1所示的位置。关于3Cr2NiMnMo模具钢奥氏体晶粒尺寸和加热速度的关系可将图2.关于3Cr2MnMo和3Cr2NiMnMo塑料模具钢淬火所得贝氏体组织可见参见图3的金相照片图。
Claims (2)
1.一种大型预硬型塑料模具钢模块组织控制方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：
(1)将塑料模具钢钢锭入炉加热，加热温度1180～1250℃，保温时间控制在1.5-2.2D小时(D＝截面厚度mm/100mm)；模块截面越厚、越宽，系数取上限；保温结束后在1150～900℃温度范围内，采用两镦两拔工艺锻造成模块；
(2)锻造完毕，模块置于垫块上控制冷却，在设定的温控点为准，其冷却速度控制在30～80℃/h，锻后使大模块以较快冷速冷却，以抑制奥氏体晶粒长大，并避开高温铁素体和珠光体析出；当温控点温度降至380～330℃后控制冷速在20～50℃/h下冷却。温控点温度降至300～250℃后，将模块装入温度为250～350℃的加热炉内，保温时间0.3～0.6D小时，以减小模块心部和表面温度差，减缓组织应力，确保心部奥氏体完全转变；
(3)保温结束后进行升温，在模块表面温控点温度达到750℃之前，采用较慢加热速度，在40～70℃/h之间，以减缓热应力；根据塑料模具钢加热速度与晶粒大小的关系，在750℃～奥氏体化温度之间采用较快速度80～150℃/h进行加热，控制奥氏体晶粒的长大；奥氏体化温度一般在820℃～920℃之间.保温时间1.5～2.5D小时；
(4)保温结束后取出模块控制冷却，表面温控点冷却速度控制在40～100℃/h，温度降至380～330℃后控制冷速在20～50℃/h，直至表面温控点温度降至250～200℃，然后缓冷；从而获得贝氏体和马氏体组织；
(5)根据钢材特性和目标硬度进行模块最终回火处理，温度控制在300～600℃之间，回火时间2～4D，晶粒大小5～8级，回火后硬度范围在28～38HRC，截面硬度差小于±2HRC。
2.如权利要求1所述的一种大型预硬型塑料模具钢模块组织控制方法，其特征在于所述的大型塑料模具钢为含碳0.2～0.5wt％的并含有Cr、Mn、Mo的合金钢，或含有Ni、Mo、Cu、Al、的合金钢，也即是3Cr2MnMo、3Cr2NiMnMo、10Ni2MnCuAl预硬型塑料模具钢；合金钢模块的尺寸为：200～1200mm×500～1500mm×1500～5000mm(厚×宽×长)，重量为5～30吨。
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