CN104561482A - 一种3Cr13马氏体不锈钢的热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
一种塑料模具钢的热处理工艺，其包括如下步骤：首先，将所述塑料模具钢在电热炉中进行固溶处理，所述固溶处理的具体条件为，以300-360℃/h的升温速率升温至250℃预热，再以100-150℃/h的升温速率加热到处理温度1120-1140℃，处理时间1.5-2h，并且处理时通入高纯Ar气，Ar的压力为60-80MPa；随后，对塑料模具钢进行淬火处理，具体是以0.8-1.0℃/s的冷却速度，迅速将所述塑料模具钢冷却到220℃以下；随后，对塑料模具钢进行再分配处理，具体是迅速将淬火后的塑料模具钢置入350℃的盐浴处理环境加热到保温3h，随后空冷至室温；最后，对塑料模具钢进行回火处理，具体是以180℃/h升温速率加热到340℃保温2h进行一次回火处理并水冷至室温。本发明热处理后的3Cr13马氏体不锈钢兼具优良的力学性能和耐腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及热处理的技术领域，特别是一种塑料模具钢的热处理工艺，尤其是一种3Cr13马氏体不锈钢的热处理工艺。
背景技术
聚氯乙烯、阻燃剂ABS等聚合物塑料材质在成形过程中会分解出Cl等有害元素，对模具型腔有较强的腐蚀性，引起点蚀、应力腐蚀等失效，继而降低模具使用寿命及成品表面质量。
从微观尺度采用分子动力学、第一性原理等方法，计算得出了铁碳团簇在Cr元素的加入下会降低对氯离子的吸附，也即常见的M23C6、M3C两种构型的碳化物均不易吸附氯离子，但M23C6碳化物会造成其周围基体的“贫铬”，从而引起点蚀；而M3C碳化物则不会对“贫铬”造成太大影响。
因而，如何能够使得塑料模具钢的组织中的碳化物尽量以M3C的形态存在，而避免M23C6碳化物的大量出现，对于提高塑料模具钢的耐腐蚀性能具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的就是提供一种塑料模具钢的热处理工艺，用以提高塑料模具钢的耐腐蚀性能。
本发明中所述的塑料模具钢为3Cr13马氏体不锈钢，其经过了锻造、热轧和球化退火。
所述热处理工艺具体为：
首先，将所述塑料模具钢在电热炉中进行固溶处理，所述固溶处理的具体条件为，以300-360℃/h的升温速率升温至250℃预热，再以100-150℃/h的升温速率加热到处理温度1120-1140℃，处理时间1.5-2h，并且处理时通入高纯Ar气，Ar的压力为60-80MPa；
随后，对所述塑料模具钢进行淬火处理，具体是以0.8-1.0℃/s的冷却速度，迅速将所述塑料模具钢冷却到220℃以下；
随后，对塑料模具钢进行再分配处理，具体是迅速将淬火后的塑料模具钢置入350℃的盐浴处理环境加热到保温3h，随后空冷至室温；
最后，对塑料模具钢进行回火处理，具体是以180℃/h升温速率加热到340℃保温2h进行一次回火处理并水冷至室温。
经本申请热处理工艺处理后的塑料模具钢，具有优异的组织性能，能够很好地对M23C6碳化物进行控制，使得塑料模具钢中的碳化物基本以M3C的形态存在，从而使得模具钢兼具优良的力学性能和耐腐蚀性能。特别是本申请优选的固溶处理温度和保温时间、处理压力，使得处理后的模具钢获得了非常突出的耐腐蚀性能。
附图说明
图1是3Cr13马氏体不锈钢经不同固溶处理温度后的衍射图谱；
图2是3Cr13马氏体不锈钢经不同固溶处理温度后的动电位极化曲线。
具体实施方式
实施例1.
首先，将所述塑料模具钢在电热炉中进行固溶处理，所述固溶处理的具体条件为，以330℃/h的升温速率升温至250℃预热，再以120℃/h的升温速率加热到处理温度1120℃，处理时间1.5h，并且处理时通入高纯Ar气，Ar的压力为60MPa；
随后，对所述塑料模具钢进行淬火处理，具体是以1.0℃/s的冷却速度，迅速将所述塑料模具钢冷却到210℃；
随后，对塑料模具钢进行再分配处理，具体是迅速将淬火后的塑料模具钢置入350℃的盐浴处理环境加热到保温3h，随后空冷至室温；
最后，对塑料模具钢进行回火处理，具体是以180℃/h升温速率加热到340℃保温2h进行一次回火处理并水冷至室温。
实施例2-3以及比较例1-4的具体处理参数参见表1（未列出的表示与实施例1相同）：
表1 不同固溶处理条件下耐腐蚀性测试结果
| No. | 处理温度（℃） | 处理时间（h） | 处理压力（MPa） | 点蚀电位（mV） |
| 1 | 1120 | 1.5 | 60 | 175.36 |
| 2 | 1130 | 1.8 | 70 | 180.25 |
| 3 | 1140 | 2 | 80 | 173.44 |
| 1* | 980 | 1.8 | 70 | 75.42 |
| 2* | 1030 | 1.8 | 70 | 108.27 |
| 3* | 1080 | 1.8 | 70 | 162.15 |
耐蚀性测试采用电化学方法，使用Corrtest CS350型电化学工作站，研究材料在含Cl-水溶液中的电化学腐蚀性能。电化学实验采用三电极体系，以Pt电极为对电极，甘汞电极为参比电极，不锈钢试样为工作电极。测试介质选用3.5%NaCl水溶液，工作电极加工成为?10×3 mm的圆盘试样，并使用环氧树脂进行封样。测试过程中首先进行0.5h阴极极化以去除由于放置时间不同造成的不锈钢表面钝化膜状态不同的影响。之后进行0.5h开路电位测量，以得到不锈钢在介质中的腐蚀电位（OCP），并以此电位为零点，进行交流幅值为10mV，频率范围10-2Hz~105Hz的交流阻抗（EIS）谱测量，以得到材料在腐蚀电位下的钝化膜特性；之后，以0.166 mV/s的扫描速率，在-0.5V（vs. OCP）~1V（vs. OCP）范围内进行动电位极化测试，并设定在电流密度高于0.1μA/cm2时结束测量，此时所对应的电位值即为材料的点蚀电位。
由图1可以发现，3Cr13马氏体不锈钢经热处理后均有马氏体峰位出现。其中经1130℃固溶处理并淬火后，出现了明显奥氏体峰，而在980℃和1030℃固溶处理并淬火后，则出现了明显的富Cr型M23C6碳化物的峰位。
由表1和图2不难看出，实施例1-3由于进行了适宜的固溶处理，耐腐蚀性能都具有优异的耐腐蚀性能，而比较例1-3虽然也实施了本发明的热处理工艺，但由于其固溶处理温度并不合适，耐腐蚀性能难以达到满意的效果。同时，申请人也发现进一步提高固溶处理的温度，对于改善3Cr13马氏体不锈钢的耐腐蚀性能不会再有明显提升，反而会造成一定程度的下降。因此，优选固溶处理的温度为1120-1140℃，处理时间1.5-2h，并且处理时通入高纯Ar气，Ar的压力为60-80MPa。
上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种塑料模具钢的热处理工艺，其特征在于，具体包括如下步骤：
首先，将所述塑料模具钢在电热炉中进行固溶处理，所述固溶处理的具体条件为，以300-360℃/h的升温速率升温至250℃预热，再以100-150℃/h的升温速率加热到处理温度1120-1140℃，处理时间1.5-2h，并且处理时通入高纯Ar气，Ar的压力为60-80MPa；
随后，对所述塑料模具钢进行淬火处理，具体是以0.8-1.0℃/s的冷却速度，迅速将所述塑料模具钢冷却到220℃以下；
随后，对塑料模具钢进行再分配处理，具体是迅速将淬火后的塑料模具钢置入350℃的盐浴处理环境加热到保温3h，随后空冷至室温；
最后，对塑料模具钢进行回火处理，具体是以180℃/h升温速率加热到340℃保温2h进行一次回火处理并水冷至室温。
2.根据权利要求1所述的热处理工艺，其特征在于：所述固溶处理的处理温度为1130℃，处理时间为1.8h。
3.根据权利要求1所述的热处理工艺，其特征在于：所述固溶处理的压力为70MPa。
4.根据权利要求1所述的热处理工艺，其特征在于：所述的塑料模具钢为3Cr13马氏体不锈钢。
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