CN107619986B - 一种高强度模具钢加工方法 - Google Patents

Abstract

一种高强度模具钢加工方法，与现有技术比，其在制作模具钢时，在浇钢水前对铸造模具进行升温处理，第一批铸件的品质有明显的提高，而且对于模具本身来说，避免了从冷却状态直接进入高温状态，保护了模具被热震损伤，本发明还有一个优点在于烘烤器高度集成化，进出风和燃气管路被集成在一个结构上，这非常有利于设备的安装，特别在使用多个烘烤器时，可以灵活的布置烘烤器的位置。

Description

一种高强度模具钢加工方法

技术领域

本发明涉及金属材料的技术领域,更具体地说，它涉及一种高强度模具钢及其加工方法。

背景技术

用模具加工成型零件具有生产效率高、质量好、节约材料和成本低等一系列优点，应用范围极其广泛。热作模具钢是一类重要的模具材料，由于热作模具是在高温下长时间工作的，随着服役时间的延长其组织将发生变化，性能也会相应地发生改变，因此，这就要求热作模具钢具有良好的强韧性、冷热疲劳性能及高温热稳定性等。

CN106086682A公开了一种高强度模具钢及其加工方法，其中适用于高强度模具钢的加工方法如下步骤：

a.对熔炉进行预升温，使得容炉内温度到达150℃，再将废钢、铬铁、钨渣铁和钼铁混合加热熔化，钢水温度达到950℃以上时,最后加入硅铁和锰铁，炉前调整成分合格后将钢水温度升至1050～1200℃，依次加入钽铁和含氮锰铁，再次加热5min～8min使得钢水温度达到1300℃后添加入硼铁再次烧1min～3min后直接将钢水浇铸成铸件或铸锭；

b.预制胚件，将步骤a当中的铸件或铸锭从炉内取出放置平台上，通过锻压机进行镦粗，镦粗比为3.1以上，然后轴向采用WHF锻造法拔长为正方，每趟压下量20％后，重新回炉加热至1250℃，保温2h。采用这样的锻造方式能够完成破碎钢锭内部的粗大晶枝，将钢锭的铸态组织转变为锻态组织，初步锻合内部孔隙，压实中心疏松等缺陷。

c.将经步骤b后的使用FM锻造法拔长，对锻件采用上下大平板将锻件镦粗，然后采用大压下量的FM锻造法拔长，即用上宽砧，下平台，对锻件沿原有纤维方向进行拔长，之后进炉加热至1250℃保温2.5h以上，采用该法能够非常有利的压实锻件内部中心疏松，消除缩孔等缺陷。足够的保温时间能够使钢锭内部原子得到充分的高温扩散，能够使锻合的内部缺陷得到焊合。

d.将经步骤c后制成的锻件拔长至成品尺寸；

e.将锻件进行热处理，进而得到成品模具钢；

f.将模具钢在-120℃左右液氮中处理2～3h；

g.升至室温，保存10～15h后，再加热至240～260℃，保温1～2h，空冷。

其为申请人之前的在先申请，申请人在实际的使用过程中发现，在步骤a的将钢水浇铸成铸件或铸锭过程中，如果不对模具的温度进行控制，比如模具温度低于某值时，所铸的铸件晶相品质难于达标，另外，模具经过从低温骤热之后其使用寿命大大降低。但受模具体积大小的限制，对于体积较大的模具大多不能实现模具加热，为了得到生产质量要求较高的钢种，现在采用的模式是先浇注一炉低级别的钢种来加热，使钢模具的温度达到生产要求，然后在此基础上再浇注，得到质量要求高的钢种。但是这种模式不仅不利于生产组织，所以如何对模具在浇铸前的温度控制及尽可能不损伤模具的加热是现有技术中难以解决的技术问题。

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保证铸件和铸锭质量并保护模具本身的高强度模具钢加工方法。具体地，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种高强度模具钢加工方法，其特征在于，包括：

a.对熔炉进行预升温，使得容炉内温度到达150℃，再将废钢、铬铁、钨渣铁和钼铁混合加热熔化，钢水温度达到950℃以上时,最后加入硅铁和锰铁，炉前调整成分合格后将钢水温度升至1050～1200℃，依次加入钽铁和含氮锰铁，再次加热5min～8min使得钢水温度达到1300℃后，添加入硼铁再次烧1min～3min；

b.对铸造模具进行升温处理，使模具达到预定温度，将钢水浇入模具中铸成铸件或铸锭；

c.预制胚件，将步骤b当中的铸件或铸锭从炉内取出放置平台上，通过锻压机进行镦粗，然后轴向采用WHF锻造法拔长为正方，重新回炉加热至1250℃，保温2h；

d.将经步骤c后的使用FM锻造法拔长，对锻件采用上下大平板将锻件镦粗，然后采用大压下量的FM锻造法拔长，之后进炉加热至1250℃保温2.5h以上，

e.将经步骤d后制成的锻件拔长至成品尺寸；

f.将锻件进行热处理，进而得到成品模具钢；

g.将模具钢在-120℃左右液氮中处理2～3h；

h.升至室温，保存10～15h后，再加热至240～260℃，保温1～2h，空冷。

步骤b的对铸造模具进行升温处理为，烘烤器先间歇式的以第一燃烧状态加热，预热后，间歇式的以第二燃烧状态加热，达到预定温度后，切换回间歇式的以第一燃烧状态加热，第一燃烧状态消耗的燃气比第二燃烧状态少，在升温处理中，烘烤器不燃烧时处于封闭保温状态。

步骤b的对铸造模具进行升温处理中使用的烘烤器具有承载板，承载板下设有外壁，外壁内设贯穿承载板的燃料管、第一气道、第二气道，外壁内还设有第一换热部和第二换热部，第一换热部内设有第一换热腔203，第二换热部内设有第二换热腔，烘烤器还设有第一通气口、燃气口和第二通气口，第一气道、第一换热腔和第一通气口顺次相连，第二气道、第二换热腔和第二通气口顺次相连，燃气口对燃料管供燃气。

步骤b的对铸造模具进行升温处理中使用的烘烤器还具有换向阀3，换向阀包括阀壳和滑阀芯，在阀壳上设有A1口，A2口，A3口，B1口，B2口，B3口，阀壳的A1口与第一通气口相连，A2口与燃气口相连，A3口与第二通气口相连，阀芯为圆柱体并设有三个流通道，每个流通道设有总支路323，在总支路323一侧设有第一支路，第二支路，第一支路与第二支路呈90度设置，并在阀芯圆柱体的截面的圆心处相交形成相交腔，总支路与该相交腔连通，阀芯位于关闭位时，三个流通道均被阀壳截断，阀芯位于第一燃烧状态时，流通道第一支路与总支路导通，阀芯位于第二燃烧状态时，流通道第二支路与总支路导通。

换向阀的阀芯一端设电磁线圈，另一端设步进电机，步进电机的驱动轴插入阀芯的长孔内，阀芯能够沿驱动轴滑动。

步骤b的对铸造模具进行升温处理第一燃烧状态中，流通道第一支路与总支路导通，先是空气从B1口进入并从第一气道进入模具内腔，燃烧后烟气从第二气道经第二通气口、A3口、B3口排出；预定时间之后，空气从B3口进入并从第二气道进入模具内腔，燃烧后烟气从第一气道经第一通气口、A1口、B1口排出。

步骤b的对铸造模具进行升温处理第二燃烧状态中，流通道第二支路与总支路导通，先是空气从B1口进入并从第一气道进入模具内腔，燃烧后烟气从第二气道经第二通气口211、A3口、B3口排出；预定时间之后，空气从B3口进入并从第二气道进入模具内腔，燃烧后烟气从第一气道经第一通气口、A1口、B1口排出。

步骤b的对铸造模具进行升温处理中封闭保温状态为，电磁线圈驱动阀芯32滑向关闭位。

本发明的有益效果是：

与现有技术比，在制作模具钢时，采用了步骤b的对铸造模具进行升温处理，第一批铸件的品质有明显的提高，而且对于模具本身来说，避免了从冷却状态直接进入高温状态，保护了模具被热震损伤。

本发明还有一个优点在于烘烤器高度集成化，进出风和燃气管路被集成在一个结构上，这非常有利于设备的安装，特别在使用多个烘烤器时，可以灵活的布置烘烤器的位置。而现有技术中，通常是设置两个烘烤器，一个进风，另一个排气，这种成对设置的烘烤器在使用多个时就非常难布置，很难做到烘烤效果和供气排风同时满足最佳。

本发明还有一个优点，就是使用一个换向阀就保证了三种供气状态，即第一、第二燃烧模式及截断的三种模式由一个换向阀保证。极大的减化了供气排气系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的烤模的燃烧模式图；

图2为本发明的烘烤器结构示意图；

图3为本发明的换向阀切换示意图；

图4为本发明的换向阀阀芯在第一支路和第二支路处的截面图。

附图标记说明

为进一步清楚的说明本发明的结构和各部件之间的连接关系，给出了以下附图标记，并加以说明。

模具1，模具本体101，模具内腔102，烘烤器2，承载板201，燃料管202，第一换热腔203，第二换热腔204，第二换热部205，外壁206，隔断部207，第一换热部208，第一通气口209，燃气口210，第二通气口211，第一气道212，隔热层213，第二气道214，换向阀3，阀壳31，阀芯32，A1口，A2口，A3口，B1口，B2口，B3口，第一支路321，第二支路322，总支路323，电磁线圈33，步进电机34。

通过上述附图标记说明，结合本发明的实施例，可以更加清楚的理解和说明本发明的技术方案。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述，参见图1-4.

本发明提出一种高强度模具钢加工方法，其特征在于，包括：

一种高强度模具钢加工方法，其特征在于，包括：

a.对熔炉进行预升温，使得容炉内温度到达150℃，再将废钢、铬铁、钨渣铁和钼铁混合加热熔化，钢水温度达到950℃以上时,最后加入硅铁和锰铁，炉前调整成分合格后将钢水温度升至1050～1200℃，依次加入钽铁和含氮锰铁，再次加热5min～8min使得钢水温度达到1300℃后，添加入硼铁再次烧1min～3min；

b.对铸造模具进行升温处理，使模具达到预定温度，将钢水浇入模具中铸成铸件或铸锭；

c.预制胚件，将步骤b当中的铸件或铸锭从炉内取出放置平台上，通过锻压机进行镦粗，然后轴向采用WHF锻造法拔长为正方，重新回炉加热至1250℃，保温2h；

d.将经步骤c后的使用FM锻造法拔长，对锻件采用上下大平板将锻件镦粗，然后采用大压下量的FM锻造法拔长，之后进炉加热至1250℃保温2.5h以上，

e.将经步骤d后制成的锻件拔长至成品尺寸；

f.将锻件进行热处理，进而得到成品模具钢；

g.将模具钢在-120℃左右液氮中处理2～3h；

h.升至室温，保存10～15h后，再加热至240～260℃，保温1～2h，空冷。

当采用了步骤b的对铸造模具进行升温处理后，第一批铸件的品质有明显的提高，而且对于模具本身来说，避免了从冷却状态直接进入高温状态，保护了模具被热震损伤。

步骤b的对铸造模具进行升温处理为，烘烤器先间歇式的以第一燃烧状态加热，预热后，间歇式的以第二燃烧状态加热，达到预定温度后，切换回间歇式的以第一燃烧状态加热，第一燃烧状态消耗的燃气比第二燃烧状态少，在升温处理中，烘烤器不燃烧时处于封闭保温状态。在实际的烤模过程中发现，如果让模具快速升温仍然对模具本身产生热震影响，因此，本发明使用先小火的第一燃烧状态加热，预热后再大火的第二燃烧状态，达到预定温度后再切换回来，有效的保证了模具的缓慢升温。另外，本发明提出了间歇式的加热，在燃烧状态间隔内，采用封闭保温状态，即包括烟气的热气先不排出模具内腔，尽量将热气的热传递给模具，充分的吸收热量。

步骤b的对铸造模具进行升温处理中使用的烘烤器具有承载板201，承载板201下设有外壁206，外壁206内设贯穿承载板201的燃料管202、第一气道212、第二气道214，外壁206内还设有第一换热部208和第二换热部205，第一换热部208内设有第一换热腔203，第二换热部205内设有第二换热腔204，烘烤器还设有第一通气口209、燃气口210和第二通气口211，第一气道212、第一换热腔203和第一通气口209顺次相连，第二气道214、第二换热腔204和第二通气口211顺次相连，燃气口210对燃料管202供燃气。烘烤器还设有隔热层213，在第一换热部208、第二换热部205和燃料管202两两之间都设有隔热层213，这里主要是防止第一换热部208、第二换热部205之间出现热交换，也不希望燃料管202内的燃气被加热。

步骤b的对铸造模具进行升温处理中使用的烘烤器还具有换向阀3，换向阀包括阀壳31和阀芯32，在阀壳上设有A1口，A2口，A3口，B1口，B2口，B3口，阀壳的A1口与第一通气口209相连，A2口与燃气口210相连，A3口与第二通气口211相连，阀芯为圆柱体并设有三个流通道，每个流通道设有总支路323，在总支路323一侧设有第一支路321，第二支路322，第一支路321与第二支路322呈90度设置，并在阀芯圆柱体的截面的圆心处相交形成相交腔，总支路323与该相交腔连通，阀芯32位于关闭位时，三个流通道均被阀壳截断，阀芯32位于第一燃烧状态时，流通道第一支路321与总支路323导通，阀芯32位于第二燃烧状态时，流通道第二支路322与总支路323导通。

换向阀3的阀芯32一端设电磁线圈33，另一端设步进电机34，步进电机34的驱动轴插入阀芯32的长孔内，阀芯32能够沿驱动轴滑动。

步骤b的对铸造模具进行升温处理第一燃烧状态中，流通道第一支路321与总支路323导通，先是空气从B1口进入并从第一气道212进入模具内腔102，燃烧后烟气从第二气道214经第二通气口211、A3口、B3口排出；预定时间之后，空气从B3口进入并从第二气道214进入模具内腔102，燃烧后烟气从第一气道212经第一通气口209、A1口、B1口排出。

步骤b的对铸造模具进行升温处理第二燃烧状态中，流通道第二支路322与总支路323导通，先是空气从B1口进入并从第一气道212进入模具内腔102，燃烧后烟气从第二气道214经第二通气口211、A3口、B3口排出；预定时间之后，空气从B3口进入并从第二气道214进入模具内腔102，燃烧后烟气从第一气道212经第一通气口209、A1口、B1口排出。

步骤b的对铸造模具进行升温处理中封闭保温状态为，电磁线圈33驱动阀芯32滑向关闭位。

因此在步骤B进行时，先是间歇式的采用第一燃烧状态，电磁线圈33失电，阀芯32在复位弹簧的作用下被推向打开位置，第一燃烧状态中，流通道第一支路321与总支路323导通，先是空气从B1口进入并从第一气道212进入模具内腔102，燃烧后烟气从第二气道214经第二通气口211、A3口、B3口排出；预定时间之后，空气从B3口进入并从第二气道214进入模具内腔102，燃烧后烟气从第一气道212经第一通气口209、A1口、B1口排出。第一支路321的直径比第二支路的直径要小，因此相同气压下，进气量也要少。不论进入的空气和燃气都较少，燃烧产生的热量也少。之后进入封闭保温状态，电磁线圈33驱动阀芯32滑向关闭位。然后再次进入第一燃烧状态。烟气在排出时，热量会被排出侧的换热部吸收，等该侧作为进入侧时，换热器会将积蓄的热量传给被引进的空气，这样进一步的防止烟气中热量的损失。当需要进入第二燃烧模式时，步进电机34旋转阀芯32，使第二支路322对准A1，A2口，A3口，而三个总支路323只要是在打开状态就与B1口，B2口，B3口相连通。这时，因为第二支路322管径较粗，所以空气和燃气的进气量比较大。

优先的是，间歇式的燃烧中，进气侧和排气侧按间歇式燃烧的调整而改变。比如第一通气口209进气，第二通气口211出气，封闭保温状态，然后第一通气口209出气，第二通气口211进气，这里的进气和出气均由供风和排风系统来控制，供风和排风是现有技术，比如用引风机控制风的流向。

本发明还有一个优点在于烘烤器2高度集成化，进出风和燃气管路被集成在一个结构上，这非常有利于设备的安装，特别在使用多个烘烤器2时，可以灵活的布置烘烤器2的位置。而现有技术中，通常是设置两个烘烤器2，一个进风，另一个排气，这种成对设置的烘烤器2在使用多个时就非常难布置，很难做到烘烤效果和供气排风同时满足最佳。

本发明还有一个优点，就是使用一个换向阀3就保证了三种供气状态，即第一、第二燃烧模式及截断的三种模式由一个换向阀3保证。极大的减化了供气排气系统。当然，本申请的第一、第二燃烧模式也可以用其他的设备来控制，比如独立的供气设备。这里不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种用于高强度模具钢加工的烘烤器，其用于对铸造模具进行升温处理，其特征在于：烘烤器具有承载板（201），承载板（201）下设有外壁（206），外壁（206）内设贯穿承载板（201）的燃料管（202）、第一气道（212）、第二气道（214），外壁（206）内还设有第一换热部（208）和第二换热部（205），第一换热部（208）内设有第一换热腔（203），第二换热部（205）内设有第二换热腔（204），烘烤器还设有第一通气口（209）、燃气口（210）和第二通气口（211），第一气道（212）、第一换热腔（203）和第一通气口（209）顺次相连，第二气道（214）、第二换热腔（204）和第二通气口（211）顺次相连，燃气口（210）对燃料管（202）供燃气；

烘烤器还具连有换向阀，换向阀包括阀壳和滑阀芯，在阀壳上设有A1口，A2口，A3口，B1口，B2口，B3口，阀壳的A1口与第一通气口（209）相连，A2口与燃气口（210）相连，A3口与第二通气口（211）相连，阀芯为圆柱体并设有三个流通道，每个流通道设有总支路（323），在总支路（323）一侧设有第一支路（321），第二支路（322），第一支路（321）与第二支路（322）呈90度设置，并在阀芯圆柱体的截面的圆心处相交形成相交腔，总支路（323）与该相交腔连通，阀芯（32）位于关闭位时，三个流通道均被阀壳截断，阀芯位于第一燃烧状态时，流通道第一支路（321）与总支路（323）导通，阀芯位于第二燃烧状态时，流通道第二支路与总支路导通；

换向阀的阀芯（32）一端设电磁线圈（33），另一端设步进电机（34），步进电机的驱动轴插入阀芯（32）的长孔内，阀芯（32）能够沿驱动轴滑动。

2.根据权利要求1所述的用于高强度模具钢加工的烘烤器，其特征在于：对铸造模具进行升温处理为，烘烤器先间歇式的以第一燃烧状态加热，预热后，间歇式的以第二燃烧状态加热，达到预定温度后，切换回间歇式的以第一燃烧状态加热，第一燃烧状态消耗的燃气比第二燃烧状态少，在升温处理中，烘烤器不燃烧时处于封闭保温状态。

3.根据权利要求2所述的用于高强度模具钢加工的烘烤器，其特征在于：对铸造模具进行升温处理第一燃烧状态中，流通道第一支路（321）与总支路（323）导通，先是空气从B1口进入并从第一气道（212）进入模具内腔（102），燃烧后烟气从第二气道（214）经第二通气口（211）、A3口、B3口排出；预定时间之后，空气从B3口进入并从第二气道（214）进入模具内腔（102），燃烧后烟气从第一气道（212）经第一通气口（209）、A1口、B1口排出。

4.根据权利要求2所述的用于高强度模具钢加工的烘烤器，其特征在于：对铸造模具进行升温处理第二燃烧状态中，流通道第二支路（322）与总支路（323）导通，先是空气从B1口进入并从第一气道（212）进入模具内腔，燃烧后烟气从第二气道经第二通气口、A3口、B3口排出；预定时间之后，空气从B3口进入并从第二气道进入模具内腔，燃烧后烟气从第一气道经第一通气口、A1口、B1口排出。

5.根据权利要求2所述的用于高强度模具钢加工的烘烤器，其特征在于：对铸造模具进行升温处理中封闭保温状态为，电磁线圈驱动阀芯滑向关闭位。