CN109338059B - 一种锁模柱锻件的锻造及热处理工艺 - Google Patents

一种锁模柱锻件的锻造及热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锁模柱锻件的锻造及热处理工艺，包括以下步骤：步骤1、对原材料进行熔炼；步骤2、锻造加热；步骤3、锻造；锻造过程包括两个火次；(1)第一火次：(2)第二火次；步骤4、热处理；步骤4具体包括：(1)锻后正火处理：(2)对锻件进行机械粗加工；(3)调质过程；步骤5、对锻件进行机械精加工。本发明通过改善钢锭成分及组织和锻造工艺来提高锻件内在质量，细化晶粒，提高整体机械性能，消除不均匀性。使用本发明所述的技术方案生产的锻件提高产品的使用寿命大幅增加，可以达到至少10年。

Description

一种锁模柱锻件的锻造及热处理工艺
技术领域
本发明涉及锻件处理工艺，具体涉及一种注塑机用锁模柱锻件的锻造及热处理工艺。
背景技术
注塑机是将热塑性塑料或热固性塑料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。在现代社会中，塑料制品与人类活动已经密不可分。所以注塑机必将发展的更加高效节能。注塑机能加热塑料，对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。本发明为注塑机中的核心零件，处在注塑机合模系统中。合模系统的作用是保证模具闭合、开启及顶出制品。同时，在模具闭合后，供给模具足够的锁模力(锁模柱作用)，以抵抗熔融塑料进入模腔产生的模腔压力，防止模具开缝，造成制品的不良现状。随着注塑机越来越来高效，使得模具相应也在不断增大，故要求锁模柱锻件更好的性能及更长的使用寿命。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了一种锁模柱锻件的锻造及热处理工艺。
本发明所采用的技术方案如下：
一种锁模柱锻件的锻造及热处理工艺，包括以下步骤：
步骤1、对原材料进行熔炼；
步骤2、锻造加热；具体包括：(1)装炉；装炉温度≤500℃；(2)升温；升温速度＜150℃/H；(3)保温；保温分为两个阶段，第一阶段保温温度为850℃～880℃，第二阶段保温温度为1180℃～1200℃；每个阶段保温时间与钢锭厚度正相关，每100mm厚度的钢锭保温0.5～1h。
步骤3、锻造；锻造过程包括两个火次；
(1)第一火次：锻造温度为1170～1190℃；在第一火次中，将钢锭依次拔长、镦粗、拔长、镦粗；终锻温度≥900℃；完成第一火次后，将钢锭放入锻造加热炉中进行加热，加热温度为1180℃；加热时间与钢锭厚度正相关，每100mm厚度的钢锭加热0.5～0.8h；
(2)第二火次；锻造温度为1150～1180℃；在第二火次中，将钢锭分料并进行拔长；终锻温度≥900℃；完成第二火次后，将锻件空冷。
步骤4、热处理；步骤4具体包括：
(1)锻后正火处理：将锻件装于热处理炉进行正火处理；正火温度为860～880℃，保温时间与锻件厚度正相关，每1mm厚度的锻件保温1.5～1.7min；之后将锻件空冷；
(2)对锻件进行机械粗加工；
(3)调质过程；调质过程中奥氏体化温度为845～855℃，保温时间与锻件厚度正相关，每1mm厚度的锻件保温1.5～1.7min；保温结束后出炉将锻件淬火；淬火之后将锻件入炉做回火处理；回火温度为590～600℃，保温时间与锻件厚度正相关，每1mm厚度的锻件保温2.5～3min；
步骤5、对锻件进行机械精加工；
锁模柱锻件中各化学元素的成份重量百分比为：C：0.36～0.44％，Mn：0.70～0.90％，P：≤0.020％，S≤0.020％，Si：0.10～0.35％，Cr：1.00～1.40％，Ni：0.13～0.17％，Cu：≤0.035％，Mo：0.25～0.35％；余量为Fe及杂质。
其进一步的技术方案为，所述步骤1包括对原材料进行EF+LF+VD的处理过程。
其进一步的技术方案为，所述步骤3的第一火次中，总拔长比＞4；总镦粗比＞4。
其进一步的技术方案为，所述步骤3的第二火次中，拔长比＞2。
其进一步的技术方案为，在所述步骤3中，完成第二火次后，将锻件空冷至400℃以下。
其进一步的技术方案为，在所述步骤4中，淬火时，将锻件放入冷却液中冷却；锻件出炉到冷却的间隔时间≤2min；冷却液的温度为17～40℃，淬火后锻件温度≤50℃。
其进一步的技术方案为，在所述步骤4中，淬火时，间隔固定时间t测定淬火用冷却液浓度，保证冷却液浓度为7％～9％。
其进一步的技术方案为，在所述步骤4中，淬火用冷却液为科润介质，其型号是6480。
本发明的有益效果如下：
本发明通过改善钢锭成分及组织和锻造工艺来提高锻件内在质量，细化晶粒，提高整体机械性能，消除不均匀性。使用本发明所述的技术方案生产的锻件提高产品的使用寿命大幅增加，可以达到至少10年。
具体的：
1、本发明通过熔炼步骤，将锻件中的化学元素的组份严格控制在要求范围内，相比AISI规范中4140要求，本发明提高了Ni含量(原标准中未有要求)。同时将Mo含量控制在中限或以上。此两种元素有效提高调质过程中锻件淬透性，并且可起到细化晶粒的作用。
2、本发明通过锻造加热步骤，有效减少了钢锭中的铁素体组织，优化了钢锭的锻造性能。
3、本发明的锻造包括两次火次过程，第一火次使得锻件达到了加大的锻造比，通过大的锻比改善钢的内部质量，消除铸态组织。使得锻件内部组织均匀，改善或消除疏松及偏析现象。材料内部夹杂物也可有效锻小或锻碎。同时经过控制火次间的加热及终锻温度使锻件晶粒度更加细化。锻件晶粒细化可提高各方面性能如提高韧性，增加抗疲劳性从而提高使用寿命。
4、本发明在锻造后的热处理步骤中，正火保证了锻件的晶粒更均匀细化。淬火时控制入水时间及冷却液温度来保证锻件的淬火效果，充足的回火保温时间保证锻件内部应力消除的更好。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的处理工艺具体包括如下步骤：
步骤1、对原材料进行熔炼，得到熔炼后的钢锭。具体的，在步骤1中对原材料进行EF+LF+VD的处理过程，也就是对原材料依次进行电弧炉熔炼、钢包精炼炉吹氩搅拌精炼以及真空脱气处理工艺。通过EF+LF+VD的处理过程，将原材料的所有组份严格控制在要求范围内。
相对于现有技术，例如国内材料牌号为42CrMo的锻件，本发明通过步骤1提高了Ni含量，这是现有技术中的标准中未有要求的，同时将Mo含量控制在中限或以上(一般均接近下限)。此两种元素有效提高调质过程中锻件淬透性，保证了产品的硬度在表面40mm范围内不存在骤降现象，一般控制在3HRC之内。提高了锻件在调质后硬度的有效深度，使得锻件整体性能更加可靠。同时增加的金属元素可起到细化晶粒的作用，提高了产品使用过程中的抗疲劳性能。
步骤2、锻造加热。具体的，步骤2包括：
(1)装炉；钢锭进行锻造加热之前的装炉温度≤500℃。
(2)升温；升温速度＜150℃/H；
(3)保温；保温分为两个阶段，第一阶段保温温度为850℃～880℃，第二阶段保温温度为1180℃～1200℃。每个阶段的保温时间与钢锭厚度正相关，每100mm厚度的钢锭加热0.5～1h。
步骤3、锻造；锻造过程包括两个火次。
第一火次：锻造温度为1170～1190℃；在第一火次中，将钢锭依次拔长，镦粗，拔长，镦粗；终锻温度≥900℃；完成第一火次后，将钢锭放入锻造加热炉中进行加热，加热温度为1180℃，加热时间与钢锭厚度正相关，每100mm厚度的钢锭加热0.5～0.8h。
优选的，在第一火次中，总拔长比＞4；总镦粗比＞4。
第二火次；锻造温度为1150～1180℃；在第二火次中，将钢锭分料并进行拔长；终锻温度≥900℃；完成第二火次后，将锻件空冷。空冷即将锻件放置在空气中冷却。
优选的，在第二火次中，拔长比＞2。
锻造温度需控制在钢锻造性能最好的区间。其中锻造的第一火次是为了达到加大的锻造比，通过大的锻比改善钢的内部质量，消除铸态组织。使得锻件内部组织均匀，改善或消除疏松及偏析现象。材料内部夹杂物也可有效锻小或锻碎。同时经过控制各火次间的加热及终锻温度使锻件晶粒度细化并有效控制锻件晶粒细化可提高各方面性能如提高韧性，增加抗疲劳性从而提高使用寿命。
步骤4、热处理。步骤4具体包括：
(1)锻后正火处理：锻后空冷至锻件温度≤400℃，立即装热处理炉进行正火处理。正火温度860～880℃，保温时间与锻件壁厚正相关，每1mm厚度的锻件保温1.5～1.7min；之后将锻件空冷。
(2)对锻件进行机械粗加工。
(3)调质过程；正火后的锻件经机械粗加工后再进行调质处理。调质过程中奥氏体化温度为845～855℃，保温时间与锻件厚度正相关，每1mm厚度的锻件保温1.5～1.7min；保温结束后出炉将锻件淬火；淬火之后将锻件入炉做回火处理；回火温度为590～600℃，保温时间与锻件厚度正相关，每1mm厚度的锻件保温2.5～3min；
优选的，在淬火过程中，锻件出炉到冷却的间隔时间≤2min；冷却液的温度在17～40℃，淬火后锻件温度≤50℃；间隔固定时间t测定淬火液浓度，保证淬火液浓度为7％～9％。
优选的，淬火用冷却液为科润介质，其型号是6480。
步骤4的热处理工序中，正火保证了锻件的晶粒更均匀细化。淬火时控制入水时间，及冷却液温度来保证锻件的淬火效果。特定品牌及浓度的淬火介质保证了淬火效果的稳定性。充足的回火保温时间保证锻件内部应力消除的更好。
步骤5、对锻件进行机械精加工。
经过上述步骤，所得到的锁模柱锻件中各化学元素的成份重量百分比为：C：0.36～0.44％，Mn：0.70～0.90％，P：≤0.020％，S≤0.020％，Si：0.10～0.35％，Cr：1.00～1.40％，Ni：0.13～0.17％，Cu：≤0.035％，Mo：0.25～0.35％；余量为Fe及杂质。
以下用三个实施例来说明本发明的锻造过程：
实施例1：
实施例1的锻造过程包括：
步骤1、对原材料进行熔炼，得到熔炼后的钢锭。具体的，在步骤1中对原材料进行EF+LF+VD的处理过程。
步骤2、锻造加热。具体的，步骤2包括：
(1)装炉；钢锭进行锻造加热之前的装炉温度为480℃。
(2)升温；升温速度为149℃/H；
(3)保温；钢锭厚度为400mm，第一保温阶段，保温温度为850℃，保温时间为2h。之后再升温至第二保温阶段，第二保温阶段温度为1190℃，保温时间为4h。
步骤3、锻造；锻造过程包括两个火次。
第一火次：锻造温度为1170℃；在第一火次中，将钢锭依次拔长，镦粗，拔长，镦粗，总拔长比为4.2；总镦粗为4.5，终锻温度为910℃；完成第一火次后，将钢锭放入锻造加热炉中进行加热，加热温度为1180℃，加热时间为3h，钢锭厚度为760mm。
第二火次；锻造温度为1150℃；在第二火次中，将钢锭分料进行拔长，拔长比为3.1；终锻温度为905℃；完成第二火次后，使锻件空冷。
步骤4、热处理。
(1)锻后正火处理：锻后空冷至锻件温度为385℃，立即装热处理炉进行正火处理。正火温度为860℃，保温时间为11h，锻件厚度为390mm，之后空冷。
(2)对锻件进行机械粗加工。
(3)调质过程；正火后锻件经粗加工后再进行调质处理。调质过程中奥氏体化温度为845℃，保温时间为10.5h，锻件壁厚为362mm。其次淬火，出炉后立即在水溶性介质中冷却至室温。最后回火，淬火出炉之后立即入炉做回火处理。回火温度为590℃，保温时间为14h，锻件壁厚为362mm。
在淬火过程中，锻件出炉到冷却的间隔时间为2min；冷却液的温度在17℃，淬火后锻件温度为50℃。
步骤5、对锻件进行机械精加工。
在实施例1中，锻件的化学成分如表1所示。机械性能如表2所示，表2中的机械性能数据是在锻件本体上取三组拉伸式样，一组冲击式样，其中冲击值有三个。硬度值如表3所示，在表3中，检测了锻件表面(表2第二栏)至表面以下40mm硬度值(表2第三栏至第五栏)以及中心硬度(表2第六栏)，共检测了三处数据。表3所示的硬度值单位为HRC。
表1 实施例1中所得到的锻件的化学成分
C Mn P S Si Cr Ni Mo
0.38 0.78 0.018 0.004 0.30 1.16 0.17 0.29
表2 实施例1中所得到的锻件的机械性能
Figure GDA0002445384760000071
表3 实施例1中所得到的锻件的硬度
序号 surface 5mm 15mm 25mm 35mm 45mm core
1 33 33 32.5 31.5 30 29.5 27
2 33.5 33 32 31.5 30.5 29.5 27
3 33.5 33 32.5 31.5 30 29.5 27
如表1～表3所示，可知，在实施例1中，Ni的重量百分比提高至0.17，。同时将Mo的重量百分比为0.29。此两种元素有效提高调质过程中锻件淬透性，并且可起到细化晶粒的作用。且实施例1的整体机械性能有所提成，从表面至内部的硬度梯度较为平缓可见。同时均匀较细的晶粒度从而锻件的抗疲劳性也就有所提升。
实施例2：
实施例2的锻造过程包括：
步骤1、对原材料进行熔炼，得到熔炼后的钢锭。具体的，在步骤1中对原材料进行EF+LF+VD的处理过程。
步骤2、锻造加热。具体的，步骤2包括：
(1)锻件装炉；钢锭进行锻造加热之前的装炉温度为450℃。
(2)升温；升温速度为135℃/H；
(3)保温；钢锭厚度为410mm，保温温度为860℃，保温时间为2.5h。再升温至1185℃保温，保温时间为4.5h。
步骤3、锻造；锻造过程包括两个火次。
第一火次：锻造温度为1180℃；在第一火次中，将钢锭依次拔长，镦粗，拔长，镦粗，总拔长比为4.3，总镦粗比为4.1；终锻温度为920℃；完成第一火次后，将钢锭放入锻造加热炉中进行加热，加热温度为1180℃，加热时间为3.5h，钢锭厚度为750mm。
第二火次；锻造温度为1165℃；在第二火次中，将钢锭分料进行拔长，拔长比为3.5；终锻温度为910℃；完成第二火次后，将锻件空冷。
步骤4、热处理。步骤4具体包括：
(1)锻后正火处理：锻后空冷至锻件温度为350℃，立即装热处理炉进行正火处理。正火温度870℃，保温时间为12h，锻件壁厚为400mm，之后将锻件空冷。
(2)对锻件进行机械粗加工。
(3)调质过程；正火后锻件经粗加工后再进行调质处理。调质过程中奥氏体化温度为850℃，保温时间为11h，锻件壁厚为382mm。其次淬火，出炉后立即在水溶性介质中冷却至室温。最后回火，淬火出炉之后立即入炉做回火处理。回火温度为595℃，保温时间为15h，锻件壁厚为382mm。
在淬火过程中，锻件出炉到冷却的间隔时间1min；冷却液的温度在30℃，淬火后锻件温度为40℃。
在实施例2中，锻件的化学成分如表4所示。机械性能如表5所示，表5中的机械性能数据是在锻件本体上取三组拉伸式样，一组冲击式样，其中冲击值有三个。硬度值如表6所示，在表6中，检测了锻件表面(表6第二栏)至表面以下40mm硬度值(表6第三栏至第五栏)以及中心硬度(表6第六栏)。表6所示的硬度值单位为HRC。
表4 实施例2中所得到的锻件的化学成分
C Mn P S Si Cr Ni Mo
0.42 0.78 0.016 0.003 0.23 1.20 0.16 0.30
表5 实施例2中所得到的锻件的机械性能
Figure GDA0002445384760000091
表6 实施例2中所得到的锻件的硬度
序号 surface 5mm 15mm 25mm 35mm 45mm core
1 33.5 34 33 32.5 31.5 30.5 28
2 33.5 34 33.5 32.5 31.5 30 28
3 33.5 34 33 32.5 31.5 30.5 28
如表4～表6所示，可知，在实施例2中，Ni的重量百分比提高至0.16，。同时将Mo的重量百分比为0.30。此两种元素有效提高调质过程中锻件淬透性，并且可起到细化晶粒的作用。且实施例2的机械性能有所提成，从而锻件的抗疲劳性也就有所提升。实施例2中得到的锻件硬度也优于现有技术。
实施例3：
实施例3的锻造过程包括：
步骤1、对原材料进行熔炼，得到熔炼后的钢锭。具体的，在步骤1中对原材料进行EF+LF+VD的处理过程。
步骤2、锻造加热。具体的，步骤2包括：
(1)锻件装炉；钢锭进行锻造加热之前的装炉温度为400℃。
(2)升温；升温速度为120℃/H；
(3)保温；钢锭厚度为420mm，保温温度为880℃，保温时间为2.5h。再升温至1190℃保温，保温时间为5h。
步骤3、锻造；锻造过程包括两个火次。
第一火次：锻造温度为1190℃；在第一火次中，将钢锭依次拔长，镦粗，拔长，镦粗；总拔长比为4.5，总镦粗比为4.1；终锻温度930℃；完成第一火次后，将钢锭放入锻造加热炉中进行加热，加热温度为1180℃，加热温度为1180℃，加热时间为4h，钢锭厚度为800mm。
第二火次；锻造温度为1180℃；在第二火次中，将钢锭分料进行拔长；拔长比为4，终锻温度为910℃；完成第二火次后，将锻件空冷。
步骤4、热处理。步骤4具体包括：
(1)锻后正火处理：锻后空冷至锻件温度为340℃，立即装热处理炉进行正火处理。正火温度为880℃，保温时间为12h，锻件壁厚为405mm，之后将锻件空冷。
(2)锻件机械粗加工。
(2)调质过程；正火后锻件经粗加工后再进行调质处理。调质过程中奥氏体化温度为855℃，保温时间为11h，锻件壁厚为382mm。其次淬火，出炉后立即在水溶性介质中冷却至室温。最后回火，淬火出炉之后立即入炉做回火处理。回火温度为595℃，保温时间为15h，锻件壁厚为382mm。
优选的，在淬火过程中，锻件出炉到冷却的间隔时间≤2min；冷却液的温度在23℃，淬火后锻件温度为30℃。
在实施例3中，锻件的化学成分如表7所示。机械性能如表8所示，表8中的机械性能数据是在锻件本体上取三组拉伸式样，一组冲击式样，其中冲击值有三个。硬度值如表9所示，在表9中，检测了锻件表面(表9第二栏)至表面以下40mm硬度值(表9第三栏至第五栏)以及中心硬度(表9第六栏)。表6所示的硬度值单位为HRC。
表7 实施例3中所得到的锻件的化学成分
C Mn P S Si Cr Ni Mo
0.43 0.80 0.013 0.002 0.26 1.18 0.15 0.30
表8 实施例3中所得到的锻件的机械性能
Figure GDA0002445384760000111
表9 实施例3中所得到的锻件的硬度
序号 surface 5mm 15mm 25mm 35mm 45mm core
1 33 33 32.5 31.5 30.5 29.5 25
2 33 33 32.5 31 30.5 29.5 25
3 33.5 33 32.5 31 30.5 29.5 25
综上所述，本发明通过熔炼步骤，将锻件中的化学元素的组份严格控制在要求范围内，有效提高了调质过程中锻件淬透性，并且可起到细化晶粒的作用。本发明还优化了锻件的机械性能以及锻件的硬度。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (8)

1.一种锁模柱锻件的锻造及热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对原材料进行熔炼；
步骤2、锻造加热；具体包括：(1)装炉；装炉温度≤500℃；(2)升温；升温速度＜150℃/H；(3)保温；保温分为两个阶段，第一阶段保温温度为850℃～880℃，第二阶段保温温度为1180℃～1200℃；每个阶段保温时间与钢锭厚度正相关，每100mm厚度的钢锭保温0.5～1h；
步骤3、锻造；锻造过程包括两个火次；
(1)第一火次：锻造温度为1170～1190℃；在第一火次中，将钢锭依次拔长、镦粗、拔长、镦粗；终锻温度≥900℃；完成第一火次后，将钢锭放入锻造加热炉中进行加热，加热温度为1180℃；加热时间与钢锭厚度正相关，每100mm厚度的钢锭加热0.5～0.8h；
(2)第二火次；锻造温度为1150～1180℃；在第二火次中，将钢锭分料并进行拔长；终锻温度≥900℃；完成第二火次后，将锻件空冷；
步骤4、热处理；步骤4具体包括：
(1)锻后正火处理：将锻件装于热处理炉进行正火处理；正火温度为860～880℃，保温时间与锻件厚度正相关，每1mm厚度的锻件保温1.5～1.7min；之后将锻件空冷；
(2)对锻件进行机械粗加工；
(3)调质过程；调质过程中奥氏体化温度为845～855℃，保温时间与锻件厚度正相关，每1mm厚度的锻件保温1.5～1.7min；保温结束后出炉将锻件淬火；淬火之后将锻件入炉做回火处理；回火温度为590～600℃，保温时间与锻件厚度正相关，每1mm厚度的锻件保温2.5～3min；
步骤5、对锻件进行机械精加工；
锁模柱锻件中各化学元素的成分 重量百分比为：C：0.36～0.44％，Mn：0.70～0.90％，P：≤0.020％，S≤0.020％，Si：0.10～0.35％，Cr：1.00～1.40％，Ni：0.13～0.17％，Cu：≤0.035％，Mo：0.25～0.35％；余量为Fe及杂质。
2.如权利要求1所述的锁模柱锻件的锻造及热处理工艺，其特征在于，所述步骤1包括对原材料进行EF+LF+VD的处理过程。
3.如权利要求1所述的锁模柱锻件的锻造及热处理工艺，其特征在于，所述步骤3的第一火次中，总拔长比＞4；总镦粗比＞4。
4.如权利要求1所述的锁模柱锻件的锻造及热处理工艺，其特征在于，所述步骤3的第二火次中，拔长比＞2。
5.如权利要求1所述的锁模柱锻件的锻造及热处理工艺，其特征在于，所述步骤3中，完成第二火次后，将锻件空冷至400℃以下。
6.如权利要求1所述的锁模柱锻件的锻造及热处理工艺，其特征在于，所述步骤4中，淬火时，将锻件放入冷却液中冷却；锻件出炉到冷却的间隔时间≤2min；冷却液的温度为17～40℃，淬火后锻件温度≤50℃。
7.权利要求1所述的锁模柱锻件的锻造及热处理工艺，其特征在于，在所述步骤4中，淬火时，间隔固定时间t测定淬火用冷却液浓度，保证冷却液浓度为7％～9％。
8.如权利要求1所述的锁模柱锻件的锻造及热处理工艺，其特征在于，在所述步骤4中，淬火用冷却液为科润介质，其型号是6480。
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