CN102703652A - 一种铝压铸模用热作模具钢的热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热作模具钢的热处理工艺，该热作模具钢以重量百分比计由下列组份组成：C 0.30～0.50％，Si 0.80～1.20％，Mn 1.50～1.70％，Cr 4.50～5.50％，W 1.60～2.00％，Mo 0.10～0.30％，V 1.60～1.80％，Ni 1.20～1.60％，Co 0.2～0.4％，Nb 0.5～0.7％，S≤0.005％，P≤0.03％，其余量为Fe；所述热处理工艺包括下列步骤：(1)淬火：将模具钢坯料以60～90℃/min的升温速度加热至630℃～650℃，保温90～120min；然后以30～60℃/min的升温速度加热至1080～1120℃，保温150～180min，采用油淬冷却；(2)回火：第一次回火，以60～90℃/min升温速度加热至480℃～500℃，然后空气冷却至室温，第二次回火，再以30-60℃/min的升温速度加热至430℃～450℃，然后空气冷却至室温。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金工艺，特别涉及一种热作模具钢的热处理工艺。
背景技术
作为铝压铸模具，当前一直存在因热疲劳而在空腔表面产生裂纹(热裂)的问题。该热裂是指以下现象：在开模后向空腔表面浇注冷却水时，由于空腔表面的急速冷却和加热状态的内部之间的温度差，在空腔表面会产生拉伸应力，由于由该反复过程引起的热疲劳而在空腔表面产生裂纹。对于该热裂来说，提高模具的硬度是有利的。
另一方面，近年来，人们要求缩短铝压铸产品的制造周期(高循环化)。为了实现这一要求，以缩短模具的合模时间为目的，逐渐强化对模具内的铝铸造产品的水冷。该水冷的强化，具体来说，通过使水冷孔接近空腔表面来进行。该情况下产生以下问题：铝制品铸造时在水冷孔表面产生的热应力增大，会产生从水冷孔开始产生裂纹的现象。
这种从水冷孔开始的裂纹，并不仅仅是由于铸造时反复加载的热应力引起的，而是由热应力引起的裂纹、和由在水冷孔表面产生的锈蚀引起的应力腐蚀裂纹的复合的延迟破坏现象。
该从水冷孔开始的裂纹，模具的硬度越高越容易发生。因此，对于这种从水冷孔开始的裂纹来说，降低模具的硬度是有利的。
也就是说，如果提高模具硬度，则对于热裂来说是有利，但对于从水冷孔开始的裂纹来说是不利的，相反，如果降低模具硬度，则对于从水冷孔开始的裂纹来说是有利的，另一方面，对于热裂来说是不利的，抗热裂性会恶化。
从抑制上述从水冷孔开始的裂纹的角度出发，优选使模具硬度为HRC45～40。
作为现有的铝压铸模具，主要使用以JIS-SKD61为代表的5Cr类热作模具钢。近些年来，为了抑制在空腔表面产生的热裂，逐渐使其使用硬度提高，随着铝压铸产品的制造的高循环化，从模具水冷孔开始的裂纹带来的危险性逐渐增大。在上述JIS-SKD61的情况下，含有大约0.4％的C，在淬火状态下的硬度，例如为HRC53左右。
因此，为了出于抑制从水冷孔开始的裂纹的目的而使其硬度降低到小于或等于HRC45，需要进行在大于或等于600℃的高温下的退火。但是，如果进行这种高温下的退火，则会显著降低钢的抗腐蚀性。
这种材料含有大约5％的Cr，其本来是抗腐蚀性良好的材料。但是，如果在大于或等于600℃的高温下进行退火，则所含有的Cr几乎都因为该高温回火而作为Cr碳化物析出，钢中含有的Cr对抗腐蚀性的提高没有作用。
无论如何，使用目前主要作为铝压铸模具使用的以JIS-SKD61为代表的热作模具钢，不能很好地解决从水冷孔开始的裂纹问题。
为了使从水冷孔开始的裂纹问题和空腔表面的热裂问题均得到很好地解决，考虑以下方法是有效的：在防止在水冷孔内产生的锈蚀的同时降低存在水冷孔的模具内部的硬度，另一方面提高产生热裂的模具的空腔表面的硬度。但是，满足这种特性的材料还没人提出。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种热作模具钢的热处理工艺，该热作模具钢具有良好的抗热裂性，且能够很好地抑制从水冷孔开始的裂纹。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种热作模具钢的热处理工艺，其特征在于，该热作模具钢以重量百分比计由下列组份组成：C 0.30～0.50％，Si 0.80～1.20％，Mn 1.50～1.70％，Cr 4.50～5.50％，W 1.60～2.00％，Mo 0.10～0.30％，V 1.60～1.80％，Ni 1.20～1.60％，Co 0.2～0.4％，Nb 0.5～0.7％，S≤0.005％，P≤0.03％，其余量为Fe；所述热处理工艺包括下列步骤：
(1)淬火：将模具钢坯料以60～90℃/min的升温速度加热至630℃～650℃左右，保温90～120min；然后以30～60℃/min的升温速度加热至1080～1120℃左右，保温150～180min，采用油淬冷却；
(2)回火：第一次回火，以60～90℃/min升温速度加热至480℃～500℃左右，然后空气冷却至室温，第二次回火，再以30-60℃/min的升温速度加热至430℃～450℃左右，然后空气冷却至室温。
本发明的有益效果为：
(1)本发明的热作模具钢对化学成分进行了优化设计，减少了C的含量，调整了W、Cr、Mo、Co的含量，由此能够有效地抑制作为压铸模型使用时从水冷孔开始的裂纹，另外，还向该压铸模具赋予良好的抗热裂性。本发明的压铸用热作模具钢，特别地适合于作为铝压铸模具材料使用。这是因为，本发明在小于或等于500℃的低温回火，得到不易发生从水冷孔开始的裂纹的小于或等于HRC45的硬度。另外，通过调整W、Cr、Mo、Co的含量，在作为压铸模具使用时，可以利用来自压铸时的熔融金属(例如熔融铝)的热量，使模具空腔表面局部地变硬。也就是说，本发明的压铸用热作模具钢具有以下效果：空腔表面的硬度在模具使用中利用时效硬化而提高。利用该效果，能够很好地抑制空腔表面上的热裂。
(2)本发明的热处理工艺合理调整了淬火温度和回火温度，有利地保证了模具的初始显微组织，从而保证了模具使用之前的硬度，以及使用过程中的时效硬化，从而解决了热裂和水冷孔应力腐蚀开裂的问题。
具体实施方式
实施例一
一种热作模具钢的热处理工艺，该热作模具钢以重量百分比计由下列组份组成：C 0.30％，Si 1.20％，Mn 1.50％，Cr 5.50％，W 1.60％，Mo 0.30％，V 1.60％，Ni 1.60％，Co 0.2％，Nb 0.7％，S≤0.005％，P≤0.03％，其余量为Fe；所述热处理工艺包括下列步骤：
(1)淬火：将模具钢坯料以60℃/min的升温速度加热至650℃，保温90min；然后以60℃/min的升温速度加热至1080℃，保温180min，采用油淬冷却；
(2)回火：第一次回火，以60℃/min升温速度加热至500℃，然后空气冷却至室温，第二次回火，再以30℃/min的升温速度加热至450℃，然后空气冷却至室温。
实施例二
一种热作模具钢的热处理工艺，该热作模具钢以重量百分比计由下列组份组成：C 0.50％，Si 0.80％，Mn 1.70％，Cr 4.50％，W 2.00％，Mo 0.10％，V 1.80％，Ni 1.20％，Co 0.4％，Nb 0.5％，S≤0.005％，P≤0.03％，其余量为Fe；所述热处理工艺包括下列步骤：
(1)淬火：将模具钢坯料以90℃/min的升温速度加热至630℃，保温120min；然后以30℃/min的升温速度加热至1120℃，保温150min，采用油淬冷却；
(2)回火：第一次回火，以90℃/min升温速度加热至480℃，然后空气冷却至室温，第二次回火，再以60℃/min的升温速度加热至430℃，然后空气冷却至室温。
实施例三
一种热作模具钢的热处理工艺，该热作模具钢以重量百分比计由下列组份组成：C 0.40％，Si 1.0％，Mn 1.60％，Cr 5.0％，W 1.8％，Mo 0.20％，V 1.7％，Ni 1.4％，Co 0.3％，Nb 0.6％，S≤0.005％，P≤0.03％，其余量为Fe；
所述热处理工艺包括下列步骤：
(1)淬火：将模具钢坯料以75℃/min的升温速度加热至640℃，保温105min；然后以45℃/min的升温速度加热至1100℃，保温165min，采用油淬冷却；
(2)回火：第一次回火，以75℃/min升温速度加热至490℃，然后空气冷却至室温，第二次回火，再以45℃/min的升温速度加热至440℃，然后空气冷却至室温。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (1)
1.一种热作模具钢的热处理工艺，其特征在于，该热作模具钢以重量百分比计由下列组份组成：C 0.30～0.50％，Si 0.80～1.20％，Mn 1.50～1.70％，Cr 4.50～5.50％，W 1.60～2.00％，Mo 0.10～0.30％，V 1.60～1.80％，Ni 1.20～1.60％，Co 0.2～0.4％，Nb 0.5～0.7％，S≤0.005％，P≤0.03％，其余量为Fe；所述热处理工艺包括下列步骤：
(1)淬火：将模具钢坯料以60～90℃/min的升温速度加热至630℃～650℃左右，保温90～120min；然后以30～60℃/min的升温速度加热至1080～1120℃左右，保温150～180min，采用油淬冷却；
(2)回火：第一次回火，以60～90℃/min升温速度加热至480℃～500℃左右，然后空气冷却至室温，第二次回火，再以30-60℃/min的升温速度加热至430℃～450℃左右，然后空气冷却至室温。
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| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Dai Chufa Inventor before: Liu Shishuang |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 315177 NINGBO, ZHEJIANG PROVINCE TO: 315175 NINGBO, ZHEJIANG PROVINCE Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: LIU SHISHUANG TO: DAI CHUFA |
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| GR01 | Patent grant | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20131216 Address after: Yinzhou District Lianfeng road 315175 Zhejiang city of Ningbo Province, No. 889 Applicant after: Ningbo Sunlight Motor Parts Co., Ltd. Address before: 315177 Zhejiang province Ningbo city Yinzhou District town water village turnip Applicant before: Liu Shishuang |
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: LIUZHOU FUZHEN CAR BODY INDUSTRY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: NINGBO SUNLIGHT MOTOR PARTS CO., LTD. Effective date: 20140530 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 315175 NINGBO, ZHEJIANG PROVINCE TO: 545006 LIUZHOU, GUANGXI ZHUANG AUTONOMOUS REGION |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20140530 Address after: 545006 the Guangxi Zhuang Autonomous Region Liuzhou city and the Industrial District Industrial Park, No. C-24 Patentee after: Liuzhou Fuzhen Car Body Industry Co., Ltd. Address before: Yinzhou District Lianfeng road 315175 Zhejiang city of Ningbo Province, No. 889 Patentee before: Ningbo Sunlight Motor Parts Co., Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140108 Termination date: 20190119 |