CN102296167A - 铁路货车用9SiCr模具钢深冷处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁路货车用9SiCr模具钢深冷处理工艺，包括淬火、预回火、深冷处理和回火步骤，本发明处理工艺针对铁路货车用9SiCr模具钢，结合球化退火预热处理、组合深冷处理方案，特别是针对铁路货车用9SiCr模具钢的各优化处理条件，比在传统处理工艺方法基础上，对材料组织的改变产生了较大的影响，能促使部分残余奥氏体转变为马氏体，减少了残余奥氏体；可以有效提高模具的强度、硬度、韧性、弯曲强度等力学性能，从而较大提高模具使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于金属材料的热处理工艺技术领域，尤其属于铁路货车用9SiCr模具钢深冷处理工艺。
背景技术
冲压件是铁路货车重要组成部分，其产品质量及生产效率直接影响企业生产及竞争能力，我国乃至世界冲压模具的生产中，其传统制作工艺是原材料下料-退火处理-机械加工-最终热处理-精加工，其中最终热处理是为了使模具达到使用性能，最终热处理传统工艺是淬火+低温回火。
最终热处理采用传统处理工艺，模具具有较高的强度和硬度，但韧性较低，在实际生产中经常出现断裂，磨损等问题，严重影响了模具使用寿命，影响了冲压件的产品质量和生产效率。
近来发展的深冷处理对材料的处理后各特性有了进一步的提高。当金属在热处理加硬至冷却过程中，其中的合金与碳产生溶解并结合及扩散形成奥氏体(Austenite)，在冷却过程时，由于低温产生压制而形成马氏体(Martensite)，而由于马氏体的最终转变点(Mf)非常低，因此淬火冷却到室温会残留大量奥氏体，因而降低金属的硬度、耐磨性和使用寿命，同时因为奥氏体的高脆性而容易造成金属碎裂，再者，还有许多物理性能特别是热性能和磁性下降。
由于奥氏体在低温环境下非常不稳固及分解，使原来的缺陷微孔及内应力集中的部份产生塑性流动而变成组织细化，因此只要将金属置于超低温环境下，其中的奥氏体会转化成马氏体，内应力因而消除。在超低温时由于组织体积收缩，Fe晶格常数缩细而加强碳原子析出的驱动力，于是马氏体的基体析出大量超微细碳化物，这些超微细结晶体会使物料的强度提高，同时增加耐磨性与刚性。
随着我国铁路货车制造业的迅速发展，模具的使用量越来越大，对9CrSi模具性能和使用寿命的要求也越来越高。9CrSi模具材料具有较高的淬透性和淬硬性，同时回火稳定性较高，常用于加工成各种形状复杂、变形小的工模具。模具在使用中承受复杂的冲压作用，要求其具有较高的强韧性和耐磨性能。提高其性能是目前一个关键研究方向。提高模具的质量和竞争力，积极开发采用新工艺，发掘传统钢种的使用潜力，这具有重大的实际意义。
发明内容
本发明根据现有技术的不足公开了一种铁路货车用9SiCr模具钢深冷处理工艺，本发明要解决的问题是提供一种针对铁路货车用9SiCr模具钢深冷的处理工艺，以实现在传统处理工艺方法基础上，有效提高模具的强度、硬度、韧性等力学性能，从而较大幅度提高模具使用寿命。
本发明通过以下技术方案实现：
铁路货车用9SiCr模具钢深冷处理工艺，包括淬火、预回火、深冷处理和回火步骤，其中：
淬火，将工件加热到800～890℃奥氏体化20分钟～60分钟，油淬；
预回火，淬火后经160～200℃回火1小时，空气冷却；
深冷处理，将预回火处理后工件进行深冷处理，处理介质液氮，温度-150℃～-190℃，持续时间≥24小时，然后取出放在室温下，待温度回复到室温；
回火，将深冷处理后工件再经190℃～210℃回火2小时即成。
进一步在进行淬火、预回火、深冷处理和回火处理前还进行球化退火预热处理，步骤是：将工件加热到790～810℃并保温1～2小时，然后降至700～720℃保温1小时，然后炉冷至550℃出炉空冷。
更进一步所述加热到800～890℃奥氏体化，包括采用盐浴加热奥氏体化、保护介质加热奥氏体化、真空加热奥氏体化或空气加热奥氏体化。
上述深冷处理相当于淬火的延续，促使部分残余A转化为马氏体，提高了材料的强度和硬度；马氏体中析出大量弥撒分布的超细碳化物，形成弥散强化；深冷处理还使材料组织发生细化使材料表面产生一定的残余应力，可减轻缺陷对材料局部强度的损害，提高材料耐磨性；深冷处理过程使部分金属原子的动能发生了转移，因而使原子之间结合得更紧密，提高了性能。
上述球化退火预热处理能改善组织，减少碳化物偏聚，得到均匀球化珠光体组织。
本发明的有益性，本发明处理工艺针对铁路货车用9SiCr模具钢，结合球化退火预热处理、组合深冷处理方案，特别是针对铁路货车用9SiCr模具钢的各优化处理条件，比在传统处理工艺方法基础上，对材料组织的改变产生了较大的影响，能促使部分残余奥氏体转变为马氏体，减少了残余奥氏体；可以有效提高模具的强度、硬度、韧性、弯曲强度等力学性能，从而较大提高模具使用寿命。采用本发明工艺，经济且投资小，以液氮为冷却介质，基本不消耗其他能源；操作简单高效：放置在深冷环境下，不会对模具产生腐蚀等作用；环保：采用液氮为冷却介质，对环境无污染。本发明属于冷挤压模具制造中区别于传统淬火回火的热处理工艺方法，可运用于全世界冲压模具的制造，冲压模具是提高铁路货车冲压件产品质量及提高生产效率的关键工艺方法。
附图说明
图1是通过经淬火+低温传统工艺处理后9CrSi模具材料的金相显微组织照片；
图2是通过本发明工艺处理后9CrSi模具材料的金相显微组织照片。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。
实施例1
本例采用本发明深冷处理工艺。
材料准备，取斜面磨耗板落料模的凸、凹模在完成主要机械成形后，准备工艺处理。
球化退火预热处理，步骤是：将工件加热到790～810℃并保温1～2小时，然后降至700～720℃保温1小时，然后炉冷至550℃出炉空冷。
淬火，将工件加热到800～890℃奥氏体化20分钟～60分钟，油淬，然后经160～200℃预回火1小时；
深冷处理，采用液氮作为深冷介质，深冷方式为气体法(又称干式深冷法)，从室温快速冷却到-150～-190℃，保温24小时或以上，然后取出放在室温下，待温度回复到室温。所述气体法是指将工件放入液氮的冷气氛进行降温冷却。
本例深冷处理采用液体法，将淬火处理及预回火后工件进行深冷处理，处理介质液氮，温度-150℃～-190℃，持续时间≥24小时，然后取出放在室温下，待温度回复到室温；
回火，将深冷处理后工件再经190℃～210℃回火2小时即成。
处理后进行相关检测。
比较例
选取与实施例1相同的材料件按传统方法进行热处理，具体步骤是：1、淬火；2、回火。各步骤条件可采用常用条件，为了比较，本例淬火和回火采用与实施例1相同的条件。
处理后进行相关检测。
比较结果如下：
1、在组织上：本方法充分细化了基体组织，减少了残余奥氏体，同时得到弥散细化碳化物。如图1所示是经淬火+低温回火传统工艺处理后的金相显微组织照片，如图2所示是本发明深冷处理工艺处理后的金相显微组织照片。
2、硬度值：如下表所示：
| 工艺 | 硬度/HRC |
| 传统处理 | 60.5-61.0 |
| 本专利处理 | 60.9-62.0 |
3、冲击韧性：如下表所示：
| 工艺 | 冲击功Ak/J |
| 传统处理 | 46.5-49.13 |
| 本专利处理 | 58-62.66 |
4、弯曲性能：如下表所示：
| 工艺 | 传统处理 | 本专利方法 |
| 弯曲强度/MPa | 2681-2708 | 3104-3283.3 |
本专利方法所得弯曲强度比淬火低温回火显著提高。
5、耐磨性能：本专利方法所得耐磨性能比淬火低温回火显著提高。按GB12444.1-1990磨损试验技术条件，滑动磨损条件：载荷：200N；转速：200r/min；磨损时间：3h；摩擦副材料为GCr15，硬度为59～60HRC。本专利方法所得质量磨损量比淬火低温回火的减小50-70％。
6、使用寿命：在现场使用寿命比通常淬火低温回火等方法的使用寿命提高了约2-3倍。
综上可见，采用本专利处理工艺对材料组织的改变产生了较大的影响，能促使部分残余奥氏体转变为马氏体，减少了残余奥氏体。采用本专利处理工艺比传统热处理工艺的硬度有所提高。采用本专利处理工艺比传统热处理工艺的冲击韧性有显著地提高。采用本专利处理工艺比传统热处理工艺的弯曲强度有所大幅提高。采用本专利处理后的使用寿命比传统热处理工艺的使用寿命提高2-3倍。
以上显示和描述了本专利的主要特征以及具体实施方式，本领域的技术人员将会意识到，这里所述的实施方式是为了帮助读者理解本专利的原理，在不脱离本专利思想和范围的前提下，本专利还会还有其他各种变化和改进，应被理解为本专利的保护范围内。本专利要求保护范围由所附的权利要求书和专利思想的等效物界定。
Claims (3)
1.铁路货车用9SiCr模具钢深冷处理工艺，包括淬火、预回火、深冷处理和回火步骤，其特征在于：
淬火，将工件加热到800～890℃奥氏体化，保温20分钟～60分钟，油淬；
预回火，淬火后经160～200℃回火1小时，空气冷却；
深冷处理，将预回火处理后工件进行深冷处理，处理介质液氮，温度-150℃～-190℃，持续时间≥24小时，然后取出放在室温下，待温度回复到室温；
回火，将深冷处理后工件再经190℃～210℃回火2小时即成。
2.根据权利要求1所述的铁路货车用9SiCr模具钢深冷处理工艺，其特征在于：在进行淬火、预回火、深冷处理和回火处理前还进行球化退火预热处理，步骤是：将工件加热到790～810℃并保温1～2小时，然后降至700～720℃保温1小时，然后炉冷至550℃出炉空冷。
3.根据权利要求1或2所述的铁路货车用9SiCr模具钢深冷处理工艺，其特征在于：所述加热到800～890℃奥氏体化，包括盐浴加热奥氏体化、保护介质加热奥氏体化、真空加热奥氏体化或空气加热奥氏体化。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20111228 |