CN103352108A - 一种h13钢水冷热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于模具工业最重要的技术和物质基础——模具钢的生产技术领域，特别涉及一种小规格H13钢水冷热处理技术，1）淬火加热；2）淬火冷却；3）回火；4）重复回火。利用该技术可以通过改变淬火介质，在保证材料获得较高的综合力学性能的同时，有效降低生产成本。
Description
技术领域
本发明属于模具工业最重要的技术和物质基础-模具钢的生产技术领域，特别涉及一种小规格H13钢水冷热处理技术。
背景技术
H13钢是含Cr5%的中合金热作模具钢的代表性钢号，在目前是我国应用最广泛的热作模具钢。其合金元素含量较高，淬透性好，可空冷硬化，故各类资料上为规避淬裂风险普遍推荐的淬火冷却介质均为油。但当采用油作为淬火冷却介质时，不仅对环境污染较为严重，存在火灾隐患，同时在高温下淬火时带出量较大，生产成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足而提供一种提高H13钢锻件综合力学性能的热处理工艺，利用该技术可以通过改变淬火介质，在保证材料获得较高的综合力学性能的同时，有效降低生产成本。
本发明的目的是这样实现的：一种H13钢水冷热处理工艺，工艺如下：
1）淬火加热：工件入炉后先在480～550℃条件下进行第一次预热，保温1～2h，再在780～850℃条件下进行第二次预热，保温1～2h，再升温至淬火温度1010-1050℃，保温时间一般采用1～1.3 h /100mm，使工件心部达到1010-1050℃，完成奥氏体转变；
2）淬火冷却：采用空-水-空-水的间隙冷却方式进行冷却。先在空气中预冷180～360S，然后放入35～45℃的水中冷却180～210S，意在通过降低工件入水温度及设定较高的淬火水温，减缓淬火冷却烈度，再通过将工件提出水面在空气中冷却100～200S，使工件内外温度均匀，减少应力，再次入水冷却100～150S完成马氏体转变；
3）回火：工件入回火炉后先在280～320℃预热2～3h ，再升温至600～660℃进行高温回火，保温时间一般采用2～2.3 h /100mm，进行马氏体分解及残余奥氏体的继续转变，消除淬火应力，回火后空冷至室温；
4）重复回火：重复步骤3）操作，促使残余奥氏体进一步分解。
所述的H13钢中C的重量比为0.32-0.45%，Si重量比为0.80-1.20%，Mn重量比0.20-0.50%，Cr重量比为4.75-5.50%，Mo重量比为1.10-1.75%，V重量比为0.80-1.20%，S重量比≤0.015%，P重量比≤0.015%。
所述的H13钢锻件为直径为165mm的棒料。
本发明具有如下的优点：
热处理工艺采用调质方式进行。淬火加热时控制好预热温度和加热速度，减少热应力。淬火冷却时采用空-水-空-水的间隙冷却方式，通过控制好最初在空气中的预冷时间和初始水温，达到降低工件入水温度及减缓淬火冷却烈度的目的，再通过将工件提出水面在空气中冷却100～200S，使工件内外温度均匀，减少应力，避免开裂，再次入水冷却100～150S完成马氏体转变。淬火结束后及时入回火炉回火，通过高温加热和保持，使组织转变完全，消除淬火应力，获得细小均匀的回火索氏体，在保证高强度的同时得到较高的冲击韧性。并通过再一次的回火，促使残余奥氏体进一步分解，稳定组织。
附图说明
图1为本发明的热处理工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例1：选用直径为165mm；化学成分为：C=0.32-0.45%，Si=0.80-1.20%，Mn0.20-0.50%，Cr=4.75-5.50%，Mo=1.10-1.75%，V=0.80-1.20%，S≤0.015%，P≤0.015%；钢种为H13的棒料。热处理工艺采用调质方式进行，如图1所示，先进行淬火，工件入炉后先在480℃进行第一次预热，保温2h，再在780℃进行第二次预热，保温2h，再升温至淬火温度1010℃，保温时间采用1.3 h /100mm，使工件心部达到规定温度、完成奥氏体转变并使其均匀化；淬火冷却采用空-水-空-水的间隙冷却方式，先在空气中预冷180S，然后放入45℃的水中冷却210S，意在通过降低工件入水温度及设定较高的淬火水温，减缓淬火冷却烈度，再通过将工件提出水面在空气中冷却100S，使工件内外温度均匀，减少应力，再次入水冷却100S完成马氏体转变；淬火结束后及时入回火炉回火，先在280℃预热3h ，再升温至600℃进行高温回火，保温时间一般采用2.3 h /100mm，进行马氏体分解及残余奥氏体的继续转变，获得细小均匀的回火索氏体组织，消除淬火应力，回火后空冷至室温，重复上述回火操作，促使残余奥氏体进一步分解，稳定组织，力学性能满足使用的高强度极限和冲击韧性的要求。
实施例2：选用直径为165mm；化学成分为：C=0.32-0.45%，Si=0.80-1.20%，Mn0.20-0.50%，Cr=4.75-5.50%，Mo=1.10-1.75%，V=0.80-1.20%，S≤0.015%，P≤0.015%；钢种为H13的棒料。热处理工艺采用调质方式进行，如图1所示，先进行淬火，工件入炉后先在520℃进行第一次预热，保温1.5h，再在820℃进行第二次预热，保温1.5h，再升温至淬火温度1030℃，保温时间采用1.15 h /100mm，使工件心部达到规定温度、完成奥氏体转变并使其均匀化；淬火冷却采用空-水-空-水的间隙冷却方式，先在空气中预冷270S，然后放入40℃的水中冷却195S，意在通过降低工件入水温度及设定较高的淬火水温，减缓淬火冷却烈度，再通过将工件提出水面在空气中冷却150S，使工件内外温度均匀，减少应力，再次入水冷却130S完成马氏体转变；淬火结束后及时入回火炉回火，先在300℃预热2.5h ，再升温至630℃进行高温回火，保温时间一般采用2.15 h /100mm，进行马氏体分解及残余奥氏体的继续转变，获得细小均匀的回火索氏体组织，消除淬火应力，回火后空冷至室温，重复上述回火操作，促使残余奥氏体进一步分解，稳定组织，力学性能满足使用的高强度极限和冲击韧性的要求。
实施例3：选用直径为165mm；化学成分为：C=0.32-0.45%，Si=0.80-1.20%，Mn0.20-0.50%，Cr=4.75-5.50%，Mo=1.10-1.75%，V=0.80-1.20%，S≤0.015%，P≤0.015%；钢种为H13的棒料。热处理工艺采用调质方式进行，如图1所示， 先进行淬火，工件入炉后先在550℃进行第一次预热，保温1h，再在850℃进行第二次预热，保温1h，再升温至淬火温度1050℃，保温时间采用1 h /100mm，使工件心部达到规定温度、完成奥氏体转变并使其均匀化；淬火冷却采用空-水-空-水的间隙冷却方式，先在空气中预冷360S，然后放入35℃的水中冷却180S，意在通过降低工件入水温度及设定较高的淬火水温，减缓淬火冷却烈度，再通过将工件提出水面在空气中冷却200S，使工件内外温度均匀，减少应力，再次入水冷却150S完成马氏体转变； 淬火结束后及时入回火炉回火，先在320℃预热2h ，再升温至660℃进行高温回火，保温时间一般采用2 h /100mm，进行马氏体分解及残余奥氏体的继续转变，获得细小均匀的回火索氏体组织，消除淬火应力，回火后空冷至室温，重复上述回火操作，促使残余奥氏体进一步分解，稳定组织，力学性能满足使用的高强度极限和冲击韧性的要求。
将以上各实施例及相应的对照例产品按GB/T 228和GB/T 229标准进行测试，结果如下表1，常规工艺生产的产品（对照例1′～3′），淬火冷却时采用油冷，冷却速度慢，残余奥氏体量较多，造成强度和冲击略低，环境污染较为严重，存在火灾隐患，且在高温下淬火时耗油量较大，生产成本较高，见表2。而本发明工艺生产的产品（实施例1～3），淬火冷却时采用水冷，冷却速度快，残余奥氏体量少，强度和冲击略高，无环境污染，且水成本低，生产成本可实现大幅降低。
表1 实施例1-3与对照例产品的测试数据
备注：冲击吸收功测试时，一个试片上取了三个冲击试样，对应三个冲击值。
表2 两种冷却介质的优缺点比较
| 冷却介质 | 生产环境 | 生产成本 |
| 油 | 污染较为严重，存在火灾隐患 | 每吨生产用油约7000元，折合每公斤7元，每生产一吨工件耗油量约为2.5kg，生产成本约17.5元。 |
| 水 | 无 | 每吨生产用水约2.49元，折合每公斤0.00249元，基本可忽略不计。 |
由上表1、表2数据看出，本发明工艺生产的产品综合力学性能高，综合力学性能明显优于对照例产品，同时可大幅改善生产环境与降低生产成本，充分说明本发明工艺显著的优越性。
Claims (3)
1.一种H13钢水冷热处理工艺，其特征在于：工艺如下：
1）淬火加热：工件入炉后先在480～550℃条件下进行第一次预热，保温1～2h，再在780～850℃条件下进行第二次预热，保温1～2h，再升温至淬火温度1010-1050℃，保温时间一般采用1～1.3 h /100mm，使工件心部达到1010-1050℃，完成奥氏体转变；
2）淬火冷却：采用空-水-空-水的间隙冷却方式进行冷却；
先在空气中预冷180～360S，然后放入35～45℃的水中冷却180～210S，再通过将工件提出水面在空气中冷却100～200S，再次入水冷却100～150S完成马氏体转变；
3）回火：工件入回火炉后先在280～320℃预热2～3h ，再升温至600～660℃进行高温回火，保温时间一般采用2～2.3 h /100mm，进行马氏体分解及残余奥氏体的继续转变，消除淬火应力，回火后空冷至室温；
4）重复回火：重复步骤3）操作，促使残余奥氏体进一步分解。
2.根据权利要求1所述的一种提高H13钢锻件综合力学性能的热处理工艺，其特征在于：所述的H13钢中C的重量比为0.32-0.45%，Si重量比为0.80-1.20%，Mn重量比0.20-0.50%，Cr重量比为4.75-5.50%，Mo重量比为1.10-1.75%，V重量比为0.80-1.20%，S重量比≤0.015%，P重量比≤0.015%。
3.根据权利要求1所述的一种提高H13钢锻件综合力学性能的热处理工艺，其特征在于：所述的H13钢锻件为直径为165mm的棒料。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20131016 |