CN106987685B - 一种用于Cr12MoV钢铸造模具型面的热处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于Cr12MoV钢铸造模具型面的热处理工艺，包括以下步骤：制样；预处理；制备底座：制备用于平衡模具各处的自冷却能力的底座，底座上端面和模具背对型面一侧端面贴合，底座和模具形成一个自冷却能力处处相等的待激光件；激光淬火；对模具进行510℃的三次高温回火。利用聚集后的激光束快速加热模具型面钢铁材料，使其发生相变形成马氏体淬硬层，从而达到铸造模具型面的硬度要求。

Description

一种用于Cr12MoV钢铸造模具型面的热处理工艺

技术领域

本发明涉及热处理工艺，具体涉及一种用于Cr12MoV钢铸造模具型面的热处理工艺。

背景技术

近年来，随着汽车工业的发展，汽车市场的竞争日趋激烈，围绕汽车车身高效生产、低成本和安全性，各种车型的更新和换代频率高于以往任何时期，汽车制造业对模具的需求量也呈现出前所未有的快速增长；但同时对模具质量也提出了更高的要求。

目前，为了提高模具的表面硬度和使用寿命，一般会对模具的型面进行热处理。传统的热处理工艺通过氧乙炔喷枪等工具对模具工作部位火焰加热，空冷或水冷淬火后完成热处理。

但火焰淬火质量很大程度上取决于操作者的经验，易导致模具型面淬火不均匀，硬度无法均匀达到工作要求。且火焰淬火易使模具表面变形，故在淬火后还需进行型面精加工。但由于淬火后的型面硬度比较大，加工刀具磨损比较明显，成本较高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种提高热处理质量，减小刀具磨损成本的用于铸造Cr12MoV模具型面的热处理工艺。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种用于Cr12MoV钢铸造模具型面的热处理工艺，包括以下步骤：

S1、制样：用砂纸打磨试样的表面，去除氧化层及污渍，并使用酒精清洗表面，使模具获得平整光滑的清洁型面；

S2、预处理：在模具型面上涂覆吸光涂料溶液，等待稀释剂挥发，稀释剂挥发后的涂层厚度为0.4mm～0.6mm；

S3、制备底座：制备用于平衡模具各处的自冷却能力的底座，底座上端面和模具背对型面一侧端面贴合，底座和模具形成一个自冷却能力处处相等的待激光件；

S4、激光淬火：将待激光件置于激光加工机床的工作台上，调整各工作轴的位置，调焦获取聚焦光斑，使光斑落在试样表面，打开保护气体，在惰性气体保护下对模具型面进行激光表面淬火；

S5、对模具进行510℃的三次高温回火。

通过采用上述技术方案，利用聚集后的激光束快速加热模具型面钢铁材料，使其发生相变形成马氏体淬硬层，从而达到铸造模具型面的硬度要求；

采用激光淬火工艺，对经过切削加工好的模具型面进行淬硬时产生的局部淬火变形很小，由此可使后续加工减少到最低程度或者完全免去加工，从而使模具在淬硬后不需再用刀具进行型面精加工，减小了刀具磨损成本；

激光淬火比普通淬火硬度值高15％—20％、表面具有40000Mpa以上的残余压应力，使其疲劳强度高、硬度更均匀；

不需要加热介质，有利于环境保护，节省能源；

吸光涂料溶液可增加模具对激光能量的吸收率，从而确保了激光对模具型面的加热能力；同时吸光涂料在激光照射下升温熔融，均匀覆盖于金属表面，冷却时凝结成固态薄膜，有利于使激光淬火前后型面粗糙度变化量小；且由于其和模具存在热膨胀系数的差异，淬火后易自行脱离，方便了型面的清洁；

待激光件在受到激光淬火时，由于型面各处由于模具其自冷却能力而降温的速度几乎相等，从而使型面各处冷却时间相近，使模具中的马氏体在几乎同一时间达到临界冷却速度，实现淬火硬化。减小了由于冷却时间不同导致型面上各个区域之间由于热应力及相位不同时性，导致模具产生较大的变形的概率；

在高温回火后，模具的硬度会因二次硬化而显著上升。

本发明的进一步设置为：底座的材料与模具材料一致，底座和模具相合形成一个厚度处处相等的待激光件。

通过采用上述技术方案，同一种材料，厚度越大，其自冷却能力越大。通过底座形成一个厚度处处相等的待激光件，从而实现待激光件上各处自冷却能力相等。操作便捷，不需进行分析，只需根据模具直接倒模出一个底座即可。

本发明的进一步设置为：底座的材料导热性优于模具材料，在三维建模后在ansys内做热场分析，根据分析结果修改底座构造，将待激光件每处的自冷却能力调节至相等。

通过采用上述技术方案，从而可在减小底座厚度的情况下，使带激光件有更好的自冷却能力，确保了自冷速度可满足马氏体相变临界冷却速度，实现淬火硬化。

本发明的进一步设置为：底座上开设有用于嵌设放置模具的凹槽，模具高度高于凹槽。

通过采用上述技术方案，从而使模具和底座更紧密的结合，使模具可稳定放置在底座上，从而激光淬火时模具保持平稳状态，使激光可准确的对模具型面进行淬火。

本发明的进一步设置为：底座下端面沿竖直向上开设有冷却腔，冷却腔内灌注有冷却液，冷却腔的开口处设有用于进出冷却液的注液塞，在三维建模后在ansys内做热场分析，根据分析结果改变每个冷却腔内的冷却液量，将待激光件每处的自冷却能力调节至相等。

通过采用上述技术方案，使该底座可适用于各种模具。根据模具的不同，在进过热场分析后，可通过注液塞减少或增加冷却腔内的冷却液量，从而调节待激光件的自冷却能力。使底座可以重复利用，减小了成本。

本发明的进一步设置为：运用ansys对模具型面进行受力分析，并根据受力分析结果，根据受力大小从小到大将模具型面分成第一段、第二段和第三段，受力越大，扫描速度越小。

通过采用上述技术方案，在激光功率和光斑大小一定时，扫描速度越小，形成的淬火硬度层越大。通过ansys分析型面受力，根据受力不同将型面分块扫描，在确保型面有足够硬度的前提下，减小淬火需要的总扫描时间，从而提高了加工效率。

本发明的进一步设置为：扫描第一段时，激光功率为1350W，扫描速度V＝1200mm/min；扫描第二段时，激光功率为1350W，扫描速度V＝1150mm/min；扫描第三段时，激光功率为1350W，扫描速度V＝1100mm/min。

通过采用上述技术方案，经过实验，在激光输出功率超过1500W后，模具表面将产生微熔显现，导致型面出现微观缺陷，故将激光功率控制在1350W。然后通过扫描速度的不同来决定淬火硬度层的厚度，确保型面各处都有足够的硬度。

本发明的进一步设置为：在激光淬火前，对模具进行良好的锻造和球化退火。

通过采用上述技术方案，激光表面淬火加热速度快，自激冷却速度亦很快，淬火硬化层晶粒细小且成分难以均匀化。在对其进行锻造和球化退火后，使激光淬火前组织尽可能细化且成分均匀，使激光淬火的效果更好。

本发明的进一步设置为：对模具型面进行多道扫描，扫描搭接率为6％～10％。

通过采用上述技术方案，当型面较大时，需对模具进行多道扫描。经过试验，搭接率为0的情况下，型面上形貌变化较小，模具表面具有较好的平整性。随着搭接率的提高，激光扫描淬火带的搭接区域扩大，型面接受激光束重复照射的面积增加，模具吸收激光辐射的能量增加，使型面过热现象加剧，导致型面局部微熔现象发生，局部区域显示为重熔组织。重熔情况的加剧，型面发生重熔的面积增大，并形成枝晶状组织的尺寸增加。易导致表面微裂纹的出现，影响淬火后的模具质量。

如无搭接部分，搭接区域的温度变化不大，而型面受热时间延长，易导致搭接区域出现明显的回火现象，导致型面局部区域硬度不够。故当搭接率在2％～10％时，可确保型面均收到激光淬火，同时减小了重熔面积，减小微裂纹出现的概率，避免了微观缺陷。

本发明具有以下优点：可在型面各处表面形成硬度足够的淬火层，且型面上微观缺陷少，型面表面变形小。

具体实施方式

实施例一：

一种用于Cr12MoV钢铸造模具型面的热处理工艺，包括以下步骤：

S1、制样：用砂纸打磨试样的表面，去除氧化层及污渍，并使用酒精清洗表面，使模具获得平整光滑的清洁型面；

S2、预处理：在模具型面上涂覆吸光涂料溶液，等待稀释剂挥发，稀释剂挥发后的涂层厚度为0.5mm；

吸光涂料可为市面上购买的任意一种用于激光热处理的吸光涂料，在该实施例中，吸光涂料的质量分数为，棕刚玉15％～20％，石英砂15％～18％；醇基酚醛树脂25％～32％，工业酒精30％～35％，稀土氧化物4％～8％，防沉剂3％～6％；

S3、模具处理：对模具进行锻造和球化退火；

S4、制备底座：

1、在catia内建模底座，底座下端面平行于型面，底座上端面和模具背对型面一侧端面贴合；

2、根据三维模型制作底座，底座的材料与模具材料一致，底座和模具相合形成一个厚度处处相等的待激光件，从而制备出自冷却能力处处相等的待激光件；

S5、激光淬火：

1、运用ansys对模具型面进行受力分析，并根据受力分析结果，从小到大将模具型面分成第一段、第二段和第三段；

2、将待激光件置于激光加工机床的工作台上，调整各工作轴的位置，调焦获取聚焦光斑，使光斑落在试样表面，打开保护气体氮气，在惰性气体保护下对模具型面进行激光表面淬火，在扫描时，对模具型面进行多道扫描，扫描搭接率为8％；

3、扫描第一段时，激光功率为1350W，扫描速度V＝1200mm/min；扫描第二段时，激光功率为1350W，扫描速度V＝1150mm/min；扫描第三段时，激光功率为1350W，扫描速度V＝1100mm/min；

S6、对模具进行510℃的三次高温回火。

实施例二：

实施例二和实施例三的区别在于：制备底座的方法不同。

1、在catia内建模底座，在底座上端面开设用于装配模具的凹槽，凹槽深度小于模具高度，然后将底座和模具装配，使模具嵌设入凹槽内，底座和模具结合形成待激光件；

2、设定底座材料，底座材料的导热性优于模具材料，将三维模型放入ansys内，输入底座材料和模具材料，做热场分析，根据分析结果修改底座构造，将待激光件每处的自冷却能力调节至相等；

3、根据三维模型制作底座。

实施例三：

实施例三和实施例一的区别在于：制备底座的方法不同。

1、在catia内建模底座，模具下端面可稳定放置在底座上端面上，在底座下端面沿竖直向上开设冷却腔，冷却腔设有若干个均匀分布在底座上，然后将三维模型的底座和模具装配在一起形成待激光件；

2、设定冷却液材料，底座的材料与模具材料一致，将三维模型放入ansys内，输入底座材料、冷却液材料和模具材料，做热场分析，根据分析结果确定冷却腔内需要的冷却液量，将待激光件每处的自冷却能力调节至相等；

3、根据三维模型制作底座，底座的材料与模具材料一致，在冷却腔的出口端安装上注液塞，通过注液塞向冷却腔内灌注由热场分析得出的，待激光件每处的自冷却能力相等时，每个冷却腔内需要的冷却液量；

4、若需将底座运用于不同的模具，可重复第2～3步即可。

仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于Cr12MoV钢铸造模具型面的热处理工艺，其特征是：包括以下步骤：

S1、制样：用砂纸打磨试样的表面，去除氧化层及污渍，并使用酒精清洗表面，使模具获得平整光滑的清洁型面；

S2、预处理：在模具型面上涂覆吸光涂料溶液，等待稀释剂挥发，稀释剂挥发后的涂层厚度为0.4mm～0.6mm；

S3、制备底座：制备用于平衡模具各处的自冷却能力的底座，底座上端面和模具背对型面一侧端面贴合，底座的材料与模具材料一致，底座和模具相合形成一个厚度处处相等的待激光件，从而制备出自冷却能力处处相等的待激光件；

S4、激光淬火：将待激光件置于激光加工机床的工作台上，调整各工作轴的位置，调焦获取聚焦光斑，使光斑落在试样表面，打开保护气体，在惰性气体保护下对模具型面进行激光表面淬火；

S5、对模具进行510℃的三次高温回火。

2.一种用于Cr12MoV钢铸造模具型面的热处理工艺，其特征是：包括以下步骤：

S1、制样：用砂纸打磨试样的表面，去除氧化层及污渍，并使用酒精清洗表面，使模具获得平整光滑的清洁型面；

S2、预处理：在模具型面上涂覆吸光涂料溶液，等待稀释剂挥发，稀释剂挥发后的涂层厚度为0.4mm～0.6mm；

S3、制备底座：制备用于平衡模具各处的自冷却能力的底座，底座上端面和模具背对型面一侧端面贴合，底座和模具形成一个自冷却能力处处相等的待激光件；

S4、激光淬火：将待激光件置于激光加工机床的工作台上，调整各工作轴的位置，调焦获取聚焦光斑，使光斑落在试样表面，打开保护气体，在惰性气体保护下对模具型面进行激光表面淬火；

S5、对模具进行510℃的三次高温回火；

其中，底座的材料与模具材料一致，底座下端面沿竖直向上开设有冷却腔，冷却腔内灌注有冷却液，冷却腔的开口处设有用于进出冷却液的注液塞，在三维建模后在ansys内做热场分析，根据分析结果改变每个冷却腔内的冷却液量，将待激光件每处的自冷却能力调节至相等。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于Cr12MoV钢铸造模具型面的热处理工艺，其特征是：运用ansys对模具型面进行受力分析，并根据受力分析结果，根据受力大小从小到大将模具型面分成第一段、第二段和第三段，受力越大，扫描速度越小。

4.根据权利要求3所述的一种用于Cr12MoV钢铸造模具型面的热处理工艺，其特征是：扫描第一段时，激光功率为1350W，扫描速度V＝1200mm/min；扫描第二段时，激光功率为1350W，扫描速度V＝1150mm/min；扫描第三段时，激光功率为1350W，扫描速度V＝1100mm/min。

5.根据权利要求1或2所述的一种用于Cr12MoV钢铸造模具型面的热处理工艺，其特征是：在激光淬火前，对模具进行良好的锻造和球化退火。

6.根据权利要求1或2所述的一种用于Cr12MoV钢铸造模具型面的热处理工艺，其特征是：对模具型面进行多道扫描，扫描搭接率为6％～10％。