CN102071290A - 高速钢W18Cr4V压铸模热处理工艺 - Google Patents

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季明浩
杨克荣
沈剑
叶善培
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Abstract

本发明提出一种高速钢W18Cr4V压铸模热处理工艺，其流程包括：将高速钢W18Cr4V压铸模在1150℃淬火一次，用时1.5小时，然后回火两次，第一次回火温度为300℃～400℃，用时2小时，第二次回火温度为570℃，用时1小时。由于采用了高速钢W18Cr4V制作压铸模过程中的热处理最佳经济优化工艺参数，可使模具硬度最高，表面粗糙度最低，且热处理时间为常规工艺的60％，淬火和回火温度比常规工艺使用的温度低，可降低电能消耗，节约能源。

Description

高速钢W18Cr4V压铸模热处理工艺
技术领域
本发明涉及高速钢热处理工艺，尤其涉及高速钢W18Cr4V应用于压铸模具制作的热处理工艺。
背景技术
高速钢是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢，又称高速工具钢或锋钢，其材料组织中含有大量高硬度的碳化物，具有高强度、高硬度及高耐磨性，优良的耐磨性和表面精度高的优点。但因其价格昂贵、热处理工艺复杂，在很长时间内，其应用范围仅限于刀具制造业，使用领域不够宽泛。
随着技术的发展，高速钢逐步进入模具制造领域。模具产品制作过程中，以机加工和热处理工序为主，其中，热处理因涉及工序面广，工艺环节多，占用总的加工时间长，热处理工艺周期约占整个产品的大半部分制作过程。由于热加工设备消耗大量电能，因此整件(套)产品的加工成本中热处理占据相当多的比例。为了既能保证设计精度，又能满足产品加工和使用要求，研究优化热处理工艺参数，应用工艺检测手段，缩短热处理加工周期，降低能耗，以期获得合适的机械经济精度。
高速钢W18Cr4V逐步应用于模具产品中，尤其是应用在压铸模，其工作寿命及强度，比工程钢型材料显著提高。
理论上，用高速钢W18Cr4V制作模具，通常采用以下工艺路线：
锻料→预处理→粗加工→半精加工→热处理(淬火1250℃～1300℃+回火550℃～570℃，三至四次)→精加工→成品
该工艺流程的热处理过程中一般要经过一次淬火和三至四次回火，淬火温度为1250℃～1300℃，回火温度为550℃～570℃，才能达到工艺要求。按照上述工艺路线，热处理所占用的时间约占整个加工周期的60％以上。这种热处理工艺方案能耗大、耗时长、生产效率低，制约了高速钢应用于压铸模具的发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高速钢W18Cr4V压铸模热处理工艺，以缩短模具制作周期，降低加工能耗，提高加工效率。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，
高速钢W18Cr4V压铸模热处理工艺，该热处理工艺的流程包括：将高速钢W18Cr4V压铸模淬火一次，然后回火两次，淬火温度为1150℃，第一次回火温度为300℃～400℃，第二次回火温度为570℃。
优选地，淬火用时1.5小时，第一次回火用时2小时，第二次回火用时1小时。
本发明的有益效果是，由于采用了高速钢W18Cr4V制作压铸模过程中的热处理最佳经济优化工艺参数，可使模具硬度最高，表面粗糙度最低，且热处理时间为常规工艺的60％，淬火和回火温度比常规工艺使用的温度低，可降低电能消耗，节约能源。
附图说明
图1所示是高速钢W18Cr4V压铸模在不同温度下经经淬火和两次回火处理后的硬度实测值；
图2所示是高速钢W18Cr4V压铸模在不同温度下经淬火和两次回火处理后的表面粗糙度实测值；
图3所示是高速钢W18Cr4V压铸模经不同温度淬火并经三次570℃回火处理后的硬度实测值；
图4所示是高速钢W18Cr4V压铸模经不同温度淬火并经三次570℃回火处理后的粗糙度实测值；
图5是高速钢W18Cr4V压铸模经本发明提出的新工艺处理后与现有理论工艺处理后的硬度实测值对比示意图；
图6是高速钢W18Cr4V压铸模经本发明提出的新工艺处理后与现有理论工艺处理后的粗糙度实测值对比示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
本发明提出的高速钢W18Cr4V压铸模热处理工艺其流程包括：将高速钢W18Cr4V压铸模在1150℃淬火一次，用时1.5小时，然后回火两次，第一次回火温度为300℃～400℃，用时2小时，第二次回火温度为570℃，用时1小时。
由于本发明采用了高速钢W18Cr4V制作压铸模过程中的热处理最佳经济优化工艺参数，可使模具硬度最高，表面粗糙度最低，且热处理时间为常规工艺的60％，淬火和回火温度比常规工艺使用的温度低，可降低电能消耗，节约能源。
对于高速钢W18Cr4V压铸模的热处理工艺，发明人进行了实验研究。实验表明：将理论工艺即经过1250℃～1300℃淬火后进行三至四次550℃～570℃回火，改进优化为1150℃淬火后进行一次300℃～400℃回火和一次570℃回火的工艺，可大大节省电能消耗和缩短模具制造周期。
该实验包括：对高速钢W18Cr4V压铸模经不同温度下的淬火和两次回火处理后进行硬度及表面粗糙度测量，对高速钢W18Cr4V压铸模经本发明提出的新工艺处理后与现有理论工艺处理后的硬度及表面粗糙度对比。
(一)新工艺研究
金相组织与表面硬度和粗糙度直接有关，当材料组织发生变化时，硬度和粗糙度也相应改变。工程上，通过测量热处理后试样硬度和粗糙度，直观地研究热处理温度与表面硬度和表面粗糙度的关系。
实验中，热处理采用SX2-10-13型高温箱式电阻炉，其温度控制范围为0℃～1600℃，控温精度±3℃。热处理过程中，先进行淬火处理，淬火温度分别设定为：1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃，再进行回火处理，回火温度分别设定为：200℃、350℃、450℃、570℃，每组3个试样，每个试样在经磨后平面上任意取5点测量，测3组，共15个数据点，并计算平均值，测量粗糙度时，通过触针在被测表面直接测量读数，得一个粗糙度值Ry，每个试样取5个数据点，共3个试样，Ryavg为15个Ry的平均值。
实验结果，不同淬火温度影响高速钢W18Cr4V表面硬度和表面粗糙度如表1所示。
表1 W18Cr4V经淬火与两次回火后表面硬度及粗糙度实测值
Figure BDA0000043720210000041
表1中数据得到热处理温度与硬度、粗糙度的关系曲线图如图1、图2所示，从图1中可以看出，当淬火温度达到1150℃，并经过两次回火后，W18Cr4V的表面硬度实测值均达到最大，从图2中可以看出，当淬火温度达到1150℃，并经过两次回火后，W18Cr4V的表面粗糙度实测值均达到最小。
(二)与理论工艺比对研究
1、高速钢W18Cr4V的理论工艺
理论上，对高速钢W18Cr4V的热处理工艺为1250℃～1300℃淬火后再进行三至四次550℃～570℃回火处理，以求消除残余奥氏体，获得稳定的马氏体组织，降低和消除热处理时产生的内应力。在此状态下测量表面硬度和粗糙度，获得高的硬度，耐磨性和红硬性，满足工程需要。
2、淬火及回火三次热处理实验研究
表2为理论工艺所获得的表面硬度和粗糙度实测值。
表2 W18Cr4V经淬火后三次570℃回火处理后的硬度和粗糙度实测值
Figure BDA0000043720210000051
将表2的数据进行归纳，得到如图3、图4的曲线图。
由表2中Ry的粗糙度值可以看出：淬火温度在1050℃～1150℃时，各回火温度测得的表面粗糙度与淬火温度在1200℃～1250℃时通过各回火温度所获得的表面粗糙度值基本相似。这说明对于W18Cr4V的淬火温度1050℃、1150℃和1250℃时的表面粗糙度相差不明显，根据机械加工经济精度原则，最佳的加热淬火温度在1150℃。
图5、图6为两种热处理工艺的硬度、粗糙度的实测值比较曲线图。图5、图6的实测数据曲线图表明，三次回火与两次回火处理的表面硬度与表面粗糙度值变化不明显。
(三)热处理时间比较
使用本发明提出的新工艺参数进行热处理所用时间是理论工艺的60％。机加工与冷却所用时间相同，主要差别在热处理时间。具体如下：
表3新工艺与传统工艺热处理时间比较(单位：小时)
第1组总共用时4.5小时，第2组方案总共用时7.5小时。
显然，第1组采用的新工艺方案所用时间只占第2组传统工艺方案热处理时间的60％，制造设备的降低能源消耗。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (2)

1.高速钢W18Cr4V压铸模热处理工艺，其特征在于，该热处理工艺的流程包括：将高速钢W18Cr4V压铸模淬火一次，然后回火两次，淬火温度为1150℃，第一次回火温度为300℃～400℃，第二次回火温度为570℃。
2.根据权利要求1所述的高速钢W18Cr4V压铸模热处理工艺，其特征在于，所述淬火用时1.5小时，第一次回火用时2小时，第二次回火用时1小时。
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