CN102586583A - 一种中碳钢自由锻模具的热处理工艺 - Google Patents

一种中碳钢自由锻模具的热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种中碳钢自由锻模具的热处理工艺，属于大型锻压机械及模具制造技术领域。是一种自由锻平锻模的热处理工艺，包括预热→加热→风冷→再加热→预冷→淬火→低温回火组成，通过等温正火工艺区段，预冷淬火工艺区段和低温回火工艺区段的热处理工艺，特别是在淬火阶段采用了辅助高压淬火液喷射工艺，使模具工作面中心部位，提高了淬硬深度，形成了模具边缘部分由细化晶粒组成的较强韧性的组织结构，而模具上平面中心部位由马氏体结构组织形成的硬度，提高了模具使用时的抗冲击性能，同时防止了模具边缘部位崩边等破损，具有工艺合理，便于操作等优点。

Description

一种中碳钢自由锻模具的热处理工艺
技术领域
　　本发明涉及一种中碳钢自由锻模具的热处理工艺，属于大型锻压机械及模具制造技术领域。
背景技术
目前的现有的较大型中碳钢自由锻平锻模的热处理，一般采用淬火加低温回火工艺，该工艺加工的特点是模具工作面的中心部位表面硬度不足、棱角边缘部位硬度较高且脆、更重要的是，由于棱角边缘部位硬度较高且脆性较大，锻造时出现掉角崩边现象、造成不安全现象，且模具的使用寿命也低。
 
发明内容
     本发明针对现有技术中的问题，本发明的目的就是为了解决现有技术存在的模具工作面中心部位表面硬度不足、棱角边缘部位硬度较高且脆造成的早期失效等问题，提高产品质量和使用性能及寿命，具有工艺合理、安全可靠，便于操作等优点。
    为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：将由中碳钢制造的平锻模打击工件的工作面朝上放在网筐里置入井式电炉中500℃预热，到温后保温2小时，然后随炉升温至900℃，再保温4小时，此阶段炉内通甲醇气体保护；吊出后将平锻模工作面朝上，置于朝下吹的风扇之下吹风，风冷至模具工作面的中心部位表面至580-630℃，再置入另一井式回火电炉中580℃，保温1小时进行正火，此时炉温会因模具散热从580℃升温580-700℃范围，再将平锻模置入盐浴炉860℃整体加热、到温保温3小时，出炉后在空气中预冷确，至其工作面棱边处的最高温度在于650-680℃之间，依然是模具工作面朝上浸入淬火液中淬火冷却，但深度不大于10mm，且辅助一定压力的高压淬火液喷射冷却模具工作面中心部位，进行淬火，当模具工作面中心部位温度达到80-120℃时，不直接冷透到室温，迅速转入低温盐浴炉低温回火，此方法可有效地减少模具淬火的开裂倾向。该工艺加工的中碳钢平锻模通过一次等温正火细化了晶粒，优化了组织与性能，而淬火前的预冷致使边棱角处金相组织转变为索氏体，有效地降低了平锻模工作面边棱角处的硬度和脆性，塑性及应变能力加强，锻打冲击时，不会出现边棱角崩断飞出；浸入淬火液中冷却并辅助一定压力的高压淬火液喷射冷却模具工作面中心部位进行淬火冷却，有效地提高了该处的冷却速度，有效避免该处金相组织向索氏体转变，而转变为马氏体，解决了模具工作面中心部位无法淬硬的问题，工作面中心部位硬度及强度均较高，正适合迎接锻打工件时所受高强度的反向冲击。由于模具的体积较大，且为中碳钢制造，淬透性较低，除工作面中心部位淬硬外，其它非工作面硬度均不高、热处理后的金相组织为细索氏体+铁素体组织。
根据需要可增加多温度段预热及预热时间改变，改变正火加热温度与时间、正火采用风冷或空冷、淬火加热的温度、时间调整、改变淬火液成分、压力和回火温度及时间等。
本发明的有益效果是：
1、正火分断升温可使整个锻模温度均匀，有效地降低热应力和变形。
2、淬火前增加一次等温正火工序可以细化模具内部的金相组织、提高热处理后模具的冲击韧性和强度。同时减少再次加热时的加热时间和耗电量。
3、淬火前的预冷使得边棱角处发生向组织较软的铁素体+索氏体转变，硬度、脆性降低、塑性提高、不易出现边棱角崩断飞出，导致出现安全问题。
4、浸入淬火液中冷却并辅助一定压力的高压淬火液喷射冷却模具工作面中心部位进行淬火冷却，有效地提高了该处的冷却速度，有效避免该处金相组织向索氏体转变，而转变为马氏体，解决了体积较大中碳钢模具淬透性差，模具工作面中心部位无法淬硬的问题。由于工作面中心部位硬度及强度均较高，正适合迎接锻打工件时所受高强度的反向冲击。
5、淬火后不冷却到室温，可以有效地降低模具淬火的开裂倾向。
6、由于模具体除工作面中心部位被有效硬化外，其它非工作面均为塑性和冲击韧性较好的细索氏体组织，有利于整个模具的抗冲击性。
 
附图说明
    附图1为本发明的热处理工艺结构简图，
    图中，1，等温正火工艺区段：A为采用阶梯加热的预热温度，B为加热温度，C为等温温度；2，预冷淬火工艺区段：D为加热温度，预冷时边角棱处发生相变，心部组织未发生相变，淬火时工作面发生奥氏体向马氏体的相变；3，低温回火工艺区段：E为回火温度；T代表纵坐标为温度，t代表横坐标为时间。
    附图2为本发明的自由锻平锻模浸液淬火，辅上工作面喷液淬火的结构简图，
图中，1，网筐， 2，自由锻平锻模；3，带压喷液喷嘴，4、压力喷出淬火液；5，淬火液水平面及溢流槽。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
    附图2中的自由锻平锻模2，由中碳45#钢制成，其外形尺寸为：打击工件的工作面为400×300总厚260。打击工作平面朝上放在网筐里置入井式电炉中500℃预热、到温保温2小时，然后随炉升温至900℃、到温保温4小时，吊出后将平锻模工作面朝上，置于朝下吹的风扇之下吹风，风冷至模具工作面的中心部位表面至580-630℃，再置入另一井式回火电炉中580℃保温1小时做等温正火，此时炉温会因模具散热从580℃升温至580-700℃范围，再置入盐浴炉860℃整体加热、到温保温3小时，出炉后淬火前在空气中预冷确、预冷至其工作面棱边处的最高温度在650-680℃之间，迅速将模具工作面朝上水平浸入5%NaCl常温下的水溶液中淬火冷却，但工作面的浸入深度不大于10mm，由于装有淬火液的淬火水槽设有溢流槽，可以保持淬火液的水平面高度不变。且辅助压力0.2-0.3MPA的高压5%NaCl水溶液由喷嘴中喷射向模具上表面，以加强模具工作面中心部位的冷却，当该中心部位冷却到80-120℃时，迅速吊出工件并转入180℃的低温盐浴炉中，进行保温并做300 min的低温回火，回火后出炉空冷到室温。淬火后的模具工作面中心部位硬度大于HRC42，工作面中心部位表面金相组织为淬火马氏体；工作面边角棱处硬度小于HRC30，组织为细索氏体、珠光体和铁素体。其它非工作面硬度均不高、金相组织为细索氏体组织。
    上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (1)

1. 一种中碳钢自由锻模具的热处理工艺，将由中碳钢制造的平锻模打击工件的工作面朝上放在网筐里置入井式电炉中500℃预热、保温2小时；再继续加热至900℃，此时炉内通甲醇气体保护，并保温4小时；吊出后将平锻模工作面朝上，置于朝下吹的风扇之下吹风，风冷至模具工作面的中心部位表面至580-630℃；再置入另一井式回火电炉中580℃保温1小时，进行正火，此时炉温会因模具散热从580℃升温580-700℃范围，再将平锻模置入盐浴炉860℃整体加热、并保温3小时；工件出炉后、淬火前在空气中冷确，预冷至其工作面棱边处的最高温度在650-680℃之间；依然是模具工作面朝上水平浸入淬火液中冷却，但深度不大于10mm，且辅助高压淬火液喷射冷却模具工作面中心部位，进行淬火；当模具工作面中心部位温度达到80-120℃时，不直接冷透到室温，迅速转入低温盐浴炉180℃、6小时的低温回火，以增加韧性。
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