CN104152638B - 冷作模具钢薄件的微变形淬火热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冷作模具钢薄件的微变形淬火热处理工艺，包括以下步骤：将工件加热至淬火温度；工件预冷至Ar3＋30℃～Ar3＋50℃；工件快速油淬至表面温度低于Ms点，心部温度至Ms＋30℃～Ms＋50℃；淬火后低温回火。本发明的热处理工艺通过合理控制预冷温度和淬火冷却温度来减小薄件工件变形量，降低能耗和节约成本，并且不对工件的力学性能造成影响，从而把油冷淬火技术应用到热处理后对硬度、精度和耐磨性都有特殊要求的精密工件上，进一步扩大了油冷淬火热处理工艺的应用。本发明可应用于冷作模具钢薄件的热处理。
Description
技术领域
本发明涉及热处理领域，特别是涉及一种冷作模具钢薄件的微变形淬火热处理工艺。
背景技术
钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。因此，淬火热处理技术在工业生产中被广泛应用。
根据冷作模具钢淬透性不同，淬火的冷却方法可分为气淬和油淬。气淬即将工件在真空加热后向冷却室中充以高纯度中性气体（如氮）进行冷却，其成本较高，适用于气淬的有高速钢和高碳高铬钢等马氏体临界冷却速度较低的材料，而且价格比较高。气淬的主要优点是淬火后变形较小。油淬即将工件加热后浸入淬火油中进行冷却，油淬对材料的淬透性要求没有气淬高，价格较低，但淬火后变形较大，尤其是薄件变形更大，使得油冷淬火技术在实际应用中受到一定限制。
发明内容
为了克服上述技术问题，本发明的目的在于提供一种冷作模具钢薄件的微变形淬火热处理工艺，从而节约成本、减小薄件工件的变形。
本发明所采用的技术方案是：
一种冷作模具钢薄件的微变形淬火热处理工艺，包括以下步骤：
a.将工件加热至淬火温度；
b.工件预冷至Ar3＋30℃～Ar3＋50℃；
c.工件快速油淬至表面温度低于Ms点，心部温度至Ms＋30℃～Ms＋50℃；
d.淬火后低温回火。
步骤b中工件加热预冷至Ar3＋30℃～Ar3＋50℃温度的原因是，该温度区域过冷奥氏体十分稳定，不发生相变，因此得到的淬火组织与奥氏体化后直接淬入油中得到的组织一样。由于预冷后工件温度较低，内外温差减小，从而减小热应力和相变应力，达到淬火后工件微变形目的。
步骤c中快速淬火的意义在于：1、使工件表面温度低于Ms点以下，获得马氏体组织；2、工件心部温度至Ms＋30℃～Ms＋50℃，获得马氏体加贝氏体组织。硬度较高的马氏体组织包裹硬度较低，塑性较好的马氏体加贝氏体组织形成压应力，使工件不易变形，从而在获得高硬度的同时减小变形量。
作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤a中，工件加热至淬火温度的下限温度。采用较低的淬火温度淬火，具有三个优点：1、减小热应力，从而减小工件变形量；2、冷作模具钢淬火温度较低，提高Ms点可获得高硬度；3、加热温度低还节省了用电量，从而节约了能源。
作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤b中，工件预冷时间t≈12+3D，其中 t为预冷时间，单位为秒，D为工件截面厚度，单位为毫米。
作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤c中，淬火时间t≈120+D，其中t为淬火时间，单位为秒，D为工件截面厚度，单位为毫米。
作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤d采用两次低温回火。第一次低温回火使表面马氏体被回火，析出ε-碳化物，并在最终回火时也不会改变，同时使得心部贝氏体被回火发生转变。第二次低温回火使表面和心部组织被回火，获得高硬度的同时也获得很好的使用性能。
作为上述技术方案的进一步改进，所述每次回火保温3小时。
作为上述技术方案的进一步改进，所述每次回火均在160℃下进行。
本发明的有益效果是：本发明的热处理工艺通过合理控制预冷温度和淬火冷却温度来减小薄件工件变形量，降低能耗和节约成本，并且不对工件的力学性能造成影响，从而把油冷淬火技术应用到热处理后对硬度、精度和耐磨性都有特殊要求的精密工件上，进一步扩大了油冷淬火热处理工艺的应用。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1：
某单位长期使用的薄板类模具（长700mm×宽600mm×厚15mm），热处理技术要求：1.表面硬度：60～62HRC； 2.变形量：≤0.7mm。原来为了控制变形量只能采用价格较高的Cr12MoV材料，将工件加热至1020℃用气冷的淬火工艺。
目前选取长700mm×宽600mm×厚15mm，材料为Cr8的实验模具，热处理工艺如下：
1.将模具垂直摆放，随炉升温至600℃保温一段时间；
2.升温至960℃保温60分钟；
3.将工件预冷57秒，淬入油中135秒，出油即回火；
4.180℃回火两次，每次保温3小时。
在本实施例中，对Cr8薄板模具处理后得到的技术参数如下：
1.表面硬度：61～62HRC。
2.变形量：0.35mm。
在采用了上述热处理工艺后，用价格便宜的Cr8材料完全代替了Cr12MoV, 在满足使用要求的前提下产生了巨大的经济效益。
实施例2：
某单位长期使用的薄板类模具（外径500mm×内径100mm×厚12mm），热处理技术要求：1.表面硬度：61～62HRC； 2.变形量：≤0.25mm。原来为了控制变形量只能采用价格较高的Cr12材料，将工件加热至1010℃在盐浴炉用等温淬火工艺。
目前选取外径500mm×内径100mm×厚12mm，材料为GCr15的实验模具，热处理工艺如下：
1.将模具垂直摆放，随炉升温至600℃保温一段时间；
2.升温至830℃保温50分钟；
3.将工件预冷48秒，淬入油中132秒，出油即回火；
4.180℃回火两次，每次保温3小时。
在本实施例中，对GCr15薄板模具处理后得到的技术参数如下：
1.表面硬度：61～62HRC。
2.变形量：0.15mm。
在采用了上述热处理工艺后，用价格便宜的GCr15材料完全代替了Cr12, 在满足使用要求的前提下产生了巨大的经济效益。
实施例3：
某单位长期使用的薄板类模具（长600mm×宽200mm×厚10mm），热处理技术要求：1.表面硬度：58～62HRC； 2.变形量：≤0.5mm原来为了控制变形量只能采用价格较高的SKD11材料，将工件加热至1020℃用气冷的淬火工艺。
目前选取长600mm×宽200mm×厚10mm，材料为Cr12的实验模具，热处理工艺如下：
1将模具垂直摆放，随炉升温至600℃保温一段时间；
2 升温至980℃保温50分钟；
3.将工件预冷42秒，淬入油中130秒，出油即回火；
4.180℃回火两次，每次保温3小时。
在本实施例中，对Cr12薄板模具处理后得到的技术参数如下：
1.表面硬度：60～62HRC。
2.变形量：0.3mm。
在采用了上述热处理工艺后，用价格便宜的Cr12材料完全代替了SKD11, 在满足使用要求的前提下产生了巨大的经济效益。
以上所述只是本发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制。
Claims (6)
1.一种冷作模具钢薄件的微变形淬火热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
a.将工件加热至淬火温度；
b.工件预冷至Ar3＋30℃～Ar3＋50℃；
c.工件快速油淬至表面温度低于Ms点，心部温度至Ms＋30℃～Ms＋50℃；
d.淬火后立即低温回火；
所述步骤c中，淬火时间t≈120+D，其中t为淬火时间，单位为秒，D为工件截面厚度，单位为毫米。
2.根据权利要求1所述的冷作模具钢薄件的微变形淬火热处理工艺，其特征在于：所述步骤a中，工件加热至淬火温度的下限温度。
3.根据权利要求1所述的冷作模具钢薄件的微变形淬火热处理工艺，其特征在于：所述步骤b中，工件预冷时间t≈12+3D，其中 t为预冷时间，单位为秒，D为工件截面厚度，单位为毫米。
4.根据权利要求1所述的冷作模具钢薄件的微变形淬火热处理工艺，其特征在于：所述步骤d采用两次低温回火。
5.根据权利要求4所述的冷作模具钢薄件的微变形淬火热处理工艺，其特征在于：所述每次回火保温3小时。
6.根据权利要求4或5所述的冷作模具钢薄件的微变形淬火热处理工艺，其特征在于：所述每次回火均在160℃下进行。
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