CN101985723A - 一种热作模具钢强韧化制备方法 - Google Patents

一种热作模具钢强韧化制备方法 Download PDF

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本发明涉及一种热作模具钢强韧化制备方法，属于材料制备技术领域。在采用ZL 200410010656.8的化学成分，进行二次电渣重熔熔炼，电渣熔炼的热作模具钢锭采用三镦三拔的锻造工艺的基础上，采用消除严重影响热作模具钢强韧性的铸态晶界网状共晶碳化物的制备工艺、获得低碳板条马氏体基体的制备工艺和在低碳马氏体基体上弥散分布纳米尺寸碳化物的制备工艺。得到了意想不到的效果：(1)克服了铸态晶界网状共晶碳化物对强韧性的严重危害，解决了热作模具因早期沿晶界开裂或热疲劳裂纹沿晶界快速萌生与扩展而失效的关键问题；(2)在低碳板条马氏体基体上弥散分布大量直径仅为10～20nm的MC和M23C6型碳化物组织。

Description

一种热作模具钢强韧化制备方法
技术领域：
本发明涉及一种热作模具钢强韧化制备，属于材料制备技术领域。
背景技术：
世界模具市场总销售额近几年来一直在600～650亿美元左右波动。2007年我国模具销售额约870亿元，比2006年增长21％左右，其中，热作模具每年消耗近百亿元。我国每年消耗进口与国产热作模具钢7～10万吨(为各种合金工模具钢产量的首位)，价值20～30亿元(高端进口热作模具钢的价格是国产热作模具钢的4倍左右)。目前，国产热作模具钢制造的热作模具的寿命仅是进口的1/2-1/5，因此，大型、复杂、重要的高端热作模具几乎全部采用进口热作模具钢。近年来，我国自主开发的新型热作模具钢很少，而国外却开发出不少高性能热作模具钢。因此，开发出具有自主知识产权的高寿命热作模具钢已是热作模具制造业的重大关键问题，具有重大的经济效益与社会效益。
ZL 200410010656.8在提高热作模具钢使用寿命上取得了重要进展，其使用寿命显著高于国产H13热作模具钢，与进口H13系列热作模具钢相当，但其价格大大低于进口热作模具钢。因此，ZL 200410010656.8具有很高的性价比和强的国内外市场竞争力。但ZL 200410010656.8必须采用强有力的、合适的强韧化制备技术，否则不是早期断裂，就是因耐磨性低或早期产生热疲劳裂纹，乃至开裂而失效，不能发挥出其意想不到的效果。本发明“一种热作模具钢强韧化制备方法”就是针对ZL 200410010656.8发明的强韧化制备技术。
发明内容：
本发明的目的就在于针对ZL 200410010656.8专利存在的早期断裂、耐磨性低或早期产生热疲劳裂纹，乃至开裂而失效的不足，提供一种热作模具钢强韧化制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，结合附图说明如下：
采用消除严重影响热作模具钢强韧性的铸态晶界网状共晶碳化物的制备工艺(下文简称“工艺1”)、获得低碳板条马氏体基体的制备工艺(下文简称“工艺2”)和在低碳马氏体基体上弥散分布纳米尺寸碳化物的制备工艺(下文简称“工艺3”)，达到提高热作模具钢的强韧性、耐磨性和抗热疲劳性能的目的。
通过采用采用工艺1，得到晶界干净、合金元素分布均匀、晶粒细化的强韧性组织；采用工艺2，获得晶粒细小、马氏体板条细化的低碳板条马氏体(低碳马氏体占95％以上)的强韧性组织；采用工艺3，得到在低碳板条马氏体基体上弥散分布大量直径仅为10～20nm的MC和M23C6型碳化物的强韧性组织。提高热作模具钢的强韧性、耐磨性和抗热疲劳性能，实现提高热作模具使用寿命的目的。该发明将会大大的促进热作模具制造水平的提高，带来重大的经济效益与社会效益。
一种热作模具钢强韧化制备方法通过采用工艺1(参阅图1)：将热作模具钢加热到1060-1260摄氏度，然后空冷或油冷或水冷；随后加热到1040-1100摄氏度，空冷；再加热到840-1000摄氏度，炉冷到700-740摄氏度，再炉冷到480-520摄氏度，然后出炉空冷，消除严重影响热作模具钢强韧性的铸态晶界网状共晶碳化物；采用工艺2(参阅图2)：将热作模具钢加热到1050-1100摄氏度，然后油冷，获得低碳板条马氏体基体和采用工艺3(参阅图3)：将热作模具钢加热到540-600摄氏度，出炉空冷；再将热作模具钢加热到540-600摄氏度，出炉空冷，意想不到地获得了在低碳板条马氏体(低碳马氏体占95％以上)基体上弥散分布大量直径仅为10～20nm的MC和M23C6型碳化物组织。
有益效果：(1)克服了铸态晶界网状共晶碳化物对强韧性的严重危害，有效地解决了热作模具因早期沿晶界开裂或热疲劳裂纹沿晶界快速萌生与扩展而失效的关键问题；(2)在低碳板条马氏体(低碳马氏体占95％以上)基体上弥散分布大量直径仅为10～20nm的MC和M23C6型碳化物组织，大大地提高了热作模具钢的强韧性、耐磨性和抗热疲劳性能，使热作模具的使用寿命得到了十分显著的提高。
附图说明：
图1工艺1。
图2工艺2。
图3工艺3。
图4(a)实施例1金相组织；
图4(b)实施例2金相组织；
图4(c)实施例3金相组织；
图4(d)实施例4金相组织。
图5实施例2微观组织；
图5(a)低碳马氏体；
图5(b)和图5(c)弥散碳化物；
图5(d)碳化物X衍射分析。
图6两种模具钢2500次热循环后的疲劳裂纹形貌；
图6(a)实施例2强韧化的热作模具钢；
图6(b)进口ASSAB8407钢。
具体实施方式：
下面结合附图所示实施例对本发明做进一步的详细说明：
采用一种热作模具钢强韧化制备技术(工艺1-3，参阅图1-3)，获得的金相组织为：在低碳板条马氏体(低碳马氏体占95％以上)基体上弥散分布大量直径仅为10～20nm的MC和M23C6型碳化物组织。大大地提高了热作模具的强韧性、耐磨性和抗热疲劳性能，使热作模具的使用寿命得到了十分显著的提高。
实施例1-4
采用ZL 200410010656.8的化学成分，进行二次电渣重熔熔炼，电渣熔炼的热作模具钢锭通过三镦三拔的锻造工艺制作的热作模具钢，在真空热处理炉中，进行消除严重影响热作模具钢强韧性的铸态晶界网状共晶碳化物的强韧化制备工艺1、获得低碳板条马氏体基体的强韧化制备工艺2和低碳马氏体基体上弥散分布纳米尺寸碳化物的强韧化制备工艺3，得到了在低碳板条马氏体(低碳马氏体占95％以上)基体上弥散分布大量直径仅为10～20nm的MC和M23C6型碳化物组织。达到提高热作模具钢的强韧性、耐磨性和抗热疲劳性能的目的。本发明热作模具钢强韧化制备方法的具体实施例1-4，如表1-2和图4-6所示。
表1具体实施例1-4
Figure BDA0000036514930000031
Figure BDA0000036514930000041
说明：
①热作模具钢在真空热处理炉中的加热速率小于50℃/分钟。
②热疲劳实验是在自制的冷热疲劳实验机上进行的，自动控温、自动记录冷热循环次数。试样加热到600摄氏度，保温6秒钟，然后在室温水中冷却4秒钟，再加热到600摄氏度，整个过程为全自动。热疲劳试样尺寸为：14×6×55mm，采用线切割机床在试样的一端预制一个长6mm的缺口，缺口直径为0.18mm。
③冲击试样为尺寸10×7×55mm(无缺口)。
采用实施例2强韧化的热作模具钢与瑞典进口的ASSAB8407钢(H13系列热作模具钢)进行了热疲劳性能对比实验。得到了意想不到的结果，2500次热循环后，实施例2强韧化的热作模具钢的网状热疲劳裂纹仅为1级，而瑞典进口的ASSAB8407钢的为6级；主裂纹长度不到ASSAB8407钢的二分之一，参阅图6所示。
采用实施例2强韧化的热作模具钢与瑞典进口的ASSAB8407钢和ASSAB DIEVAR钢(H13系列热作模具钢)进行了耐磨性对比实验。得到了意想不到的结果，实施例2强韧化的热作模具钢的耐磨性分别是进口ASSAB 8407钢和ASSAB DIEVAR钢的3.58倍和1.62倍。
表2实施例2强韧化的热作模具钢与ASSAB 8407钢和ASSAB DIEVAR钢在150℃干滑动磨损的失重
(单位：mg，载荷：20kg，对磨环：45#钢)
Figure BDA0000036514930000042

Claims (2)

1.一种热作模具钢强韧化制备方法，在对由以下主要化学成分按重量百分比组成的：C：0.200～0.350，Cr：7.000～12.224，Mo：0.800～2.000，Ni：0.600～1.500，V：0.300～1.200，Mn：0.200～0.600，Si：0.700～1.500，S≤0.040，P≤0.040，N：0.005～0.100，Ti：0.050～0.200，Ca：0.001～0.050，Ce：0.000～0.100，Y：0.000～0.100，Fe：余量进行二次电渣重熔熔炼，电渣熔炼的热作模具钢锭采用三镦三拔的锻造工艺的基础上，
其特征在于，采用消除严重影响热作模具钢强韧性的铸态晶界网状共晶碳化物的制备工艺、获得低碳板条马氏体基体的制备工艺和在低碳马氏体基体上弥散分布纳米尺寸碳化物的制备工艺，具体工艺如下：
步骤一，所述的消除严重影响热作模具钢强韧性的铸态晶界网状共晶碳化物的制备工艺：将热作模具钢加热到1060-1260摄氏度，然后空冷或油冷或水冷；随后加热到1040-1100摄氏度，空冷；再加热到840-1000摄氏度，炉冷到700-740摄氏度，再炉冷到480-520摄氏度，然后出炉空冷；
步骤二，所述的获得低碳板条马氏体基体的制备工艺：将经步骤一处理的热作模具钢加热到1050-1100摄氏度，然后油冷；
步骤三，所述的获得在低碳马氏体基体上弥散分布纳米尺寸碳化物的制备工艺：将经步骤二处理的热作模具钢加热到540-600摄氏度，出炉空冷；再将热作模具钢加热到540-600摄氏度，出炉空冷。
2.根据权利要求1所述的一种热作模具钢强韧化制备方法，其特征在于，金相组织为：在低碳马氏体占95％以上的低碳板条马氏体基体上弥散分布大量直径仅为10～20nm的MC和M23C6型碳化物组织。
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