CN106350643A - 一种大型模具钢的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于模具钢技术领域，具体涉及一种大型P20塑料模具钢热处理方法。本发明方法包括：a、加热温度860～920℃，加热时间9～24h；b、淬火：淬火热处理中用到了空冷、风冷、喷雾冷、水冷四种淬火介质中的至少两种；c、回火：回火温度为520～580℃，回火时间为12～34h，横断面硬度为33～35/33～36HRC。本发明的一种P20模具钢热处理方法，采用了不同介质多次淬火工艺，对工件内外晶粒细化等级趋于基本一致，能改善P20模具钢的组织、断面硬度值均匀性，根据断面尺寸厚度可调节上述温度、时间参数，在实际生产中能够保证产品保持较高的性能和尺寸稳定性。
Description
技术领域
本发明属于模具钢技术领域，具体涉及一种大型P20(3Cr2Mo)塑料模具钢热处理方法。
背景技术
大型锻件的特点是：形大体重，生产时质量要求高，只能单件、小批量生产，并且产品生产周期长，技术条件苛刻。我国目前的重型装备制造业中，对大型锻件的需求量很大，对其质量要求也很高，尤其是各类高强度、高精度锻件目前尚需进口，这已成为我国重型装备制造业发展的瓶颈之一。
大型锻件的生产从冶炼、铸锭、锻造、锻造后热处理到性能热处理，要经过很多道工序，每一道工序都影响锻件的质量，稍有偏差就可能引起缺陷，生产的难度很大，而且需要一次成功，这就要求生产前充分做好技术准备工作。重视与加强大型锻件的生产，提高质量，降低生产成本，缩短生产周期，对于促进重型机械产品生产，发展工农业，巩固国防，具有重要意义。对锻件进行热处理，不仅保证锻造变形时有良好的塑性和低的变形抗力，而且对锻造后的组织和性能也有很大影响。另外，通过热处理的作用，锻件的某部分缺陷会得到弥补，使锻件的各种性能指标仍然能够满足工业发展的要求。在热处理阶段，锻件的温度会不断地发生变化，与此同时，其组织结构、力学性能、导热性和外形尺寸等都随之发生变化，这些变化将直接影响到锻件的锻造性能和锻件的质量。
淬火热处理作为改变和提高材料性能的重要手段，在汽车、航空、运输、建筑及其它制造业领域中有着广泛而重要的应用。基于现有的知识，比如相图、图、图和淬透性曲线,已经可以对淬火工艺进行可靠的设计。随着塑料产量的提高和应用领域的扩大，对塑料模具提出了越来越高的要求，促进了塑料模具的不断发展。目前塑料模具正朝着高效率、高精度、高寿命方向发展，推动了塑料模具材料迅速发展。而广泛应用的塑料模具钢材P20已经提出新的要求，不然只能采用进口的高性能钢材来替代，所以其P20钢的热处理工艺有待进一步优化改善。
公开号为“CN105695703A”，发明名称为“一种模具钢热处理工艺”，公开了一种7Cr7Mo2V2Si高强韧性冷作模具钢预备热处理和淬火及回火的两火直接热处理工艺方法，从介绍的参数来看，仅对该模具钢的硬度和耐磨性值提升有些效果，但很难达到材料内外热处理过程冷却速度控制基本一致，组织和性能均匀性很难保障。
申请号为“200610049263.7”，发明名称为“一种新型铬钢系模具钢及其热处理工艺”，公开了一种Cr8Mo2V1Si模具的制造方法，然后简单地描述了其经三火加热的加热温度和保温时间参数，很难体现淬火速度的控制，及控制均匀性保障也未体现。
申请号为“201410721290.9”，发明名称为“一种3Cr2Mo模具钢热处理工艺”，公开了一种3Cr2Mo模具钢热处理工艺操作步骤，也是利用前期的高温退火加淬火及回火、及渗碳工艺，可归为两火或三火加热的热处理工艺，重点为提高表面热硬度及耐磨性，均匀性控制、内外差异也无法体现和实现。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种大型的P20(3Cr2Mo)模具钢不同淬火介质组合复杂循环的新型热处理工艺，该热处理方法能改善P20模具钢组织、断面硬度值均匀性，提高模具钢工件尺寸稳定性等。
本发明一种大型模具钢的热处理方法，包括以下步骤：
a、加热温度860～920℃，加热时间9～24h；
b、淬火：淬火热处理中用到了空冷、风冷、喷雾冷、水冷四种淬火介质中的至少两种；具体为先出炉空冷2～3min，喷雾冷2～4min，然后喷水冷至表面温度700℃，再风冷2～3min，然后继续喷水冷至400℃，再风冷3～5min，然后继续喷水冷至200℃，出热处理槽空冷；
c、回火：回火温度为520～580℃，回火时间为12～34h，横断面硬度为33～35/33～36HRC。
进一步的，上述一种大型模具钢的热处理方法，其中a步骤中加热温度为870℃，加热时间为12h。
进一步的，上述一种大型模具钢的热处理方法，其中b步骤中淬火热处理具体为先出炉空冷3min，喷雾冷3min，然后喷水冷至表面温度700℃，再风冷3min，然后继续喷水冷至400℃，再风冷4min，然后继续喷水冷至200℃，出热处理槽空冷，即得。
上述一种大型模具钢的热处理方法，其中所述喷雾冷中喷雾压力为5～8MPa；优选为5.5MPa。
上述一种大型模具钢的热处理方法，其中所述风冷风速为2～4m/s；优选为2.8m/s。
上述一种大型模具钢的热处理方法，其中所述水冷的水压为7～16MPa；优选为12MPa。
进一步的，上述一种大型模具钢的热处理方法，其中c步骤回火温度为530℃，回火时间为2.5h，横断面硬度为34.5～35.5HRC。
本发明的一种P20模具钢热处理方法，采用了不同介质多次淬火工艺，对工件内外晶粒细化等级趋于基本一致，能改善P20模具钢的组织、断面硬度值均匀性，根据断面尺寸厚度可调节上述温度、时间参数，在实际生产中能够保证产品保持较高的性能和尺寸稳定性。
具体实施方式
本发明一种大型模具钢的热处理方法，包括以下步骤：
a、加热温度860～920℃，加热时间9～24h；
b、淬火：淬火热处理中用到了空冷、风冷、喷雾冷、水冷四种淬火介质中的至少两种；具体为先出炉空冷2～3min，喷雾冷2～4min，然后喷水冷至表面温度700℃，再风冷2～3min，然后继续喷水冷至400℃，再风冷3～5min，然后继续喷水冷至200℃，出热处理槽空冷；
c、回火：回火温度为520～580℃，回火时间为12～34h，横断面硬度为33～35/33～36HRC。
断面硬度表示模具锻件沿宽度和厚度边切开后的平面，硬度值代表这个面上的对角线上的任意位置点的硬度值。
锻件通过大型电加热炉加热，其温度由温度控制器控制，通过热电偶传感器测得锻件在炉壁两侧、上下两面上各4个不同位置的温度点合计24个，传送到温度变送器上实现反馈控制，从而保障炉内温升的均匀性。
进一步的，上述一种大型模具钢的热处理方法，其中a步骤中加热温度为870℃，加热时间为12h。
本发明采用多介质多工步循环淬火方法，热处理后产品硬度、组织均匀性更好。
进一步的，上述一种大型模具钢的热处理方法，其中b步骤中淬火热处理具体为先出炉空冷3min，喷雾冷3min，然后喷水冷至表面温度700℃，再风冷3min，然后继续喷水冷至400℃，再风冷4min，然后继续喷水冷至200℃，出热处理槽空冷，即得。
上述一种大型模具钢的热处理方法，其中所述喷雾冷中喷雾压力为5～8MPa；优选为5.5MPa。
上述一种大型模具钢的热处理方法，其中所述风冷风速为2～4m/s；优选为2.8m/s。
上述一种大型模具钢的热处理方法，其中所述水冷的水压为7～16MPa；优选为12MPa。
进一步的，上述一种大型模具钢的热处理方法，其中c步骤回火温度为530℃，回火时间为2.5h，横断面硬度为34.5～35.5HRC。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
一种550×1300mm断面P20模具钢热处理工艺，该锻件通过大型电加热炉加热，其温度由温度控制器控制，通过热电偶传感器测得锻件在炉壁两侧、上下两面上各4个不同位置的温度点合计24个，传送到温度变送器上实现反馈控制，保障炉内温升的均匀性，包含以下步骤：
P20模具钢锻后空冷，在淬火热处理中用到了空气冷、风冷、喷雾冷、水冷等四种淬火介质，喷雾压力用5.5MPa，风冷风速2.8m/s，水冷水压为12MPa，实现本发明目的涉及的CG738模具钢热处理工艺技术方案，具体为：
(1)加热温度870℃，加热时间12h，
(2)淬火：出炉空冷3min，喷雾冷3min，然后喷水冷至表面中心温度700℃，再风冷3min，然后继续喷水冷至400℃，再风冷4min，然后继续喷水冷至200℃，出热处理槽空冷；
(3)回火：530℃回火，回火时间12.5h，横断面硬度为34.5～35.5HRC。
断面晶粒级别为5.8级。
实施例2
一种820×1300mm断面P20模具钢热处理工艺，该锻件通过大型电加热炉加热，其温度由温度控制器控制，通过热电偶传感器测得锻件在炉壁两侧、上下两面上各4个不同位置的温度点合计24个，传送到温度变送器上实现反馈控制，保障炉内温升的均匀性，包含以下步骤：
P20模具钢锻后空冷，在淬火热处理中用到了空气冷、风冷、喷雾冷、水冷等四种淬火介质，喷雾压力用8MPa，风冷风速3m/s，水冷水压为12MPa，实现本发明目的涉及的P20模具钢热处理工艺技术方案，具体为：
(1)加热温度920℃，加热时间24h，
(2)淬火：出炉空冷3min，喷雾冷4min，然后喷水冷至表面中心温度700℃，再风冷3min，然后继续喷水冷至400℃，再风冷4min，然后继续喷水冷至200℃，出热处理槽空冷；
(3)回火：550℃回火，回火时间28h，横断面硬度为33～35HRC。
断面晶粒级别为5.6级。
本发明实施例1至2通过对锻后加热的模具钢锭在热处理控制槽中，循环采用不同淬火介质组合变化，无需多火加热热处理，能耗低，生产效率高，同时，组合式淬火有利于提高淬火冷却的均匀性和减少工件变形，热处理后断面边心部硬度差值控制在2HRC左右水平；成功解决了攀长钢大型模具钢锻件硬度不均、易产生体积形变等问题，提高了产品的一次合格率；同时，由于无需经多次加热后热处理，降低能源消耗、表面氧化烧损，提高了产品表面质量，可以起到降本增效的经济作用，具有在攀长钢其他锻件热处理产品及国内同行业推广应用的市场前景。
对比例1
一种550×1300mm断面P20模具钢热处理工艺，具体为：
P20模具钢锻后空冷，在淬火热处理中用到的淬火介质为空气冷，实现本发明目的涉及的CG738模具钢热处理工艺技术方案，包含以下步骤：
(1)加热温度870℃，加热时间12h，
(2)淬火：出炉直接空冷至200℃，再出热处理槽空冷；
(3)回火：530℃回火，回火时间12.5h，横断面硬度为24～29HRC。
断面晶粒级别为4.8级。
可见，单一空气冷淬火介质，淬火能力较弱，淬火后回火产品硬度值低，晶粒粗大，性能较差。
对比例2
一种820×1300mm断面P20模具钢热处理工艺，具体为：
P20模具钢锻后空冷，在淬火热处理中用到的淬火介质为喷水冷，实现本发明目的涉及的CG738模具钢热处理工艺技术方案，包含以下步骤：
(1)加热温度870℃，加热时间12h，
(2)淬火：出炉空冷2min，喷雾冷3min，然后喷水冷淬火至200℃，再出热处理槽空冷；
(3)回火：530℃回火，回火时间28h，横断面硬度为34～39HRC。
断面晶粒级别为6.3级。
对比例1～2通过对锻后加热的模具钢锭在热处理控制槽中，采用单一淬火介质或者区别于实施例中的不同淬火介质组合方式进行淬火出来后，发现，采用对比例1～2的淬火方式，得到的断面边心部硬度差值在偏高或偏低，且使得该方法得到的大型模具钢锻件硬度值波动大、易产生体积形变、产品合格率低、能耗高、表面出现淬火裂纹等质量等问题。
Claims (7)
1.一种大型模具钢的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、加热温度860～920℃，加热时间9～24h；
b、淬火：淬火热处理为先出炉空冷2～3min，喷雾冷2～4min，然后喷水冷至表面温度700℃，再风冷2～3min，然后继续喷水冷至400℃，再风冷3～5min，然后继续喷水冷至200℃，出热处理槽空冷；
c、回火：回火温度为520～580℃，回火时间为12～34h，产品横断面硬度值为33～35/33～36HRC。
2.根据权利要求1所述一种大型模具钢的热处理方法，其特征在于：a步骤中加热温度为870℃，加热时间为12h。
3.根据权利要求1所述一种大型模具钢的热处理方法，其特征在于：b步骤中淬火热处理为先出炉空冷3min，喷雾冷3min，然后喷水冷至表面温度700℃，再风冷3min，然后继续喷水冷至400℃，再风冷4min，然后继续喷水冷至200℃，出热处理槽空冷，即得。
4.根据权利要求1～3任一项所述一种大型模具钢的热处理方法，其特征在于：所述喷雾冷中喷雾压力为5～8MPa；优选为5.5MPa。
5.根据权利要求1～4任一项所述一种大型模具钢的热处理方法，其特征在于：所述风冷风速为2～4m/s；优选为2.8m/s。
6.根据权利要求1～5任一项所述一种大型模具钢的热处理方法，其特征在于：所述水冷的水压为7～16MPa；优选为12MPa。
7.根据权利要求1所述一种大型模具钢的热处理方法，其特征在于：c步骤回火温度为530℃，回火时间为2.5h，横断面硬度为34.5～35.5HRC。
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