CN111500840B - 一种注塑模具的热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种注塑模具的热处理工艺，属于模具加工技术领域。本发明将注塑模具表面涂覆一层热处理保护剂，并在惰性气体保护下，以260～280℃/h的升温速率加热至260～280℃，保温1～2h，再以180～200℃/h升温速率加热至1130～1150℃，保温1～2h后，通过惰性气体冷却，将注塑模具以1～5℃/h的冷却速率冷却至980～1030℃，保温0.5～1h后，继续在惰性气体保护下，以80～100℃/h升温速率加热至1130～1150℃，保温1～2h，能够使注塑模具中碳化物含量降低，且能够提高钝化厚度，而有效提高注塑模具的耐腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明属于模具加工技术领域，具体涉及一种注塑模具的热处理工艺。
背景技术
注塑模具是重要的加工工艺设备，其性能的好坏、寿命高低直接影响产品的质量和经济效益，人们通过注塑模具生产出各种各样的塑料制品，使得塑料制品已成为从航天器到舰艇，从建筑材料到农业生产，从家用电器到儿童玩具都不可或缺的工业材料而广泛应用于我国国民经济的各个部门。
目前，利用注塑模具生产塑料制品过程中，由于某些类型的塑料在较高的温度下可释放具有一定腐蚀性气体，会腐蚀注塑模具，使得常常采用耐腐蚀性注塑模具，而现有选用马氏体不锈钢为主要类型钢加工而成的耐腐蚀性注塑模具，但依然在注塑过程中，会出现模具的局部腐蚀，尤其是点蚀对模具材料来说往往是较为常见且大量出现的失效原因，严重影响注塑模具的使用寿命。
影响马氏体不锈钢模具耐蚀性的因素很多，如材料成分、热处理状态、使用介质、接触电位等，尤其是热处理工艺，在对马氏体不锈钢进行热处理时，不仅需要了解材料的化学成分和机械性能，还必须了解各种热处理工艺状态对材料耐蚀性的影响，才能更好地发挥耐蚀塑料模具钢的特性。在生产过程中，如果选取的热处理工艺不当会造成塑料模具钢失效。为此，提供一种能够提高马氏体不锈钢注塑模具耐蚀性的热处理新工艺具有重要的社会价值和经济价值。
发明内容
本发明提供了一种注塑模具的热处理工艺，能够提高马氏体不锈钢注塑模具耐蚀性能，减少注塑模具在注塑过程中局部出现腐蚀的不足。
本发明为了实现上述目的，提供的一种注塑模具的热处理工艺，包括以下步骤：
S1、将注塑模具表面涂覆一层热处理保护剂，并在惰性气体保护下，以260～280℃/h的升温速率加热至260～280℃，保温1～2h，再以180～200℃/h升温速率加热至1130～1150℃，保温1～2h后，通过惰性气体冷却，将注塑模具以1～5℃/h的冷却速率冷却至980～1030℃，保温0.5～1h后，继续在惰性气体保护下，以80～100℃/h升温速率加热至1130～1150℃，保温1～2h；
S2、通过惰性气体冷却，将注塑模具以1～5℃/h的冷却速率冷却至980～1030℃，保温1～2h，以5～10℃/s的冷却速率，冷却至450～680℃，保温1～2h后，再快速置于200～300℃盐浴中，保温4～6h，然后空冷至室温；
S3、将注塑模具回火处理，在惰性气体保护下，以100～150℃/h的升温速率加热至350～500℃，保温1～2h后，油冷至室温。
优选的，所述注塑模具为马氏体不锈钢模具，屈服强度介于1200～1400MPa，其中所述马氏体不锈钢的组成以及质量百分比为：C：0.20～0.25％、Cr：12.00～13.30％、Ni：0.60～1.30％、Si：≤1.00％、Mn：≤0.80％、V：0.05～0.15％、S：≤0.010％、P：≤0.030％、Fe余量；
优选的，所述惰性气体保护的压力为70MPa。
优选的，所述惰性气体冷却时的压力为60MPa。
优选的，所述盐浴为硝酸铵与硝酸钾的等比例混合盐浴。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过将注塑模具加热至1130～1150℃，保温1～2h后，通过惰性气体冷却，将注塑模具以1～5℃/h的冷却速率冷却至980～1030℃，保温0.5～1h后，继续在惰性气体保护下，以80～100℃/h升温速率加热至1130～1150℃，保温1～2h，再进行淬火，此处理过程为奥氏体化处理过程中，采用了高温段位两次淬火后，能够使注塑模具中的碳化物含量降低，且能够提高钝化厚度，有效提高注塑模具的耐腐蚀性能。
本发明通过将注塑模具淬火过程中，冷却至450～680℃，保温1～2h后，快速置于200～300℃盐浴中，保温4～6h，然后空冷至室温，使得注塑模具在盐浴中冷却及保温过程中，受热均匀变形量小，能很快转变工件内部组织结构，保温性能好，能够有效形成保护性钝化膜，有效提高注塑模具的耐蚀性能。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
下述各实施例中所述实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到，其中，所采用的热处理保护剂来自北京荣力恒业科技有限公司生产的RLHY-33型钢铁加热防氧化涂料。
实施例1
一种注塑模具的热处理工艺，包括以下步骤：
选取注塑模具为马氏体不锈钢模具，屈服强度介于1200MPa，其中马氏体不锈钢的组成以及质量百分比为：C：0.20％、Cr：12.00％、Ni：0.6％、Si：0.6％、Mn：0.2％、V：0.05％、S：0.005％、P：0.030％、Fe余量；
首先，将注塑模具表面涂覆一层热处理保护剂置于电渣重熔炉，在通入压力为70MPa的惰性气体保护下，以260℃/h的升温速率加热至260℃，保温2h，再以180℃/h升温速率加热至1130℃，保温2h后，切换成通入气压为60MPa惰性气体进行冷却，将注塑模具以1℃/h的冷却速率冷却至1030℃，保温0.5h后，继续在惰性气体保护下，以80℃/h升温速率加热至1130℃，保温2h；
其次，通过气压为60MPa惰性气体冷却，将注塑模具以1℃/h的冷却速率冷却至1030℃，保温1h，以5℃/s的冷却速率，冷却至680℃，保温1h后，再快速置于温度为200℃的硝酸铵与硝酸钾的等比例混合的盐浴中，保温6h，然后空冷至室温；
最后，将注塑模具回火处理，在惰性气体保护下，以100℃/h的升温速率加热至350℃，保温2h后，油冷至室温。
实施例2
一种注塑模具的热处理工艺，包括以下步骤：
选取注塑模具为马氏体不锈钢模具，屈服强度介于1400MPa，其中马氏体不锈钢的组成以及质量百分比为：C：0.25％、Cr：13.30％、Ni：1.30％、Si：1.00％、Mn：0.80％、V：0.15％、S：0.010％、P：0.030％、Fe余量；
首先，将注塑模具表面涂覆一层热处理保护剂置于电渣重熔炉，在通入压力为70MPa的惰性气体保护下，以280℃/h的升温速率加热至280℃，保温1h，再以200℃/h升温速率加热至1150℃，保温1h后，切换成通入气压为60MPa惰性气体进行冷却，将注塑模具以5℃/h的冷却速率冷却至980℃，保温1h后，继续在惰性气体保护下，以100℃/h升温速率加热至1150℃，保温1h；
其次，通过气压为60MPa惰性气体冷却，将注塑模具以5℃/h的冷却速率冷却至980℃，保温2h，以10℃/s的冷却速率，冷却至450℃，保温2h后，再快速置于温度为300℃的硝酸铵与硝酸钾的等比例混合的盐浴中，保温4h，然后空冷至室温；
最后，将注塑模具回火处理，在惰性气体保护下，以150℃/h的升温速率加热至500℃，保温1h后，油冷至室温。
实施例3
一种注塑模具的热处理工艺，包括以下步骤：
选取注塑模具为马氏体不锈钢模具，屈服强度介于1300MPa，其中马氏体不锈钢的组成以及质量百分比为：C：0.22％、Cr：12.89％、Ni：1.1％、Si：0.8％、Mn：0.5％、V：0.08％、S：0.010％、P：0.030％、Fe余量；
首先，将注塑模具表面涂覆一层热处理保护剂置于电渣重熔炉，在通入压力为70MPa的惰性气体保护下，以270℃/h的升温速率加热至270℃，保温1.5h，再以190℃/h升温速率加热至1140℃，保温1.5h后，切换成通入气压为60MPa惰性气体进行冷却，将注塑模具以3℃/h的冷却速率冷却至1000℃，保温0.5h后，继续在惰性气体保护下，以90℃/h升温速率加热至1140℃，保温1.5h；
其次，通过气压为60MPa惰性气体冷却，将注塑模具以2℃/h的冷却速率冷却至1000℃，保温1.5h，以3℃/s的冷却速率，冷却至500℃，保温1.5h后，再快速置于温度为150℃的硝酸铵与硝酸钾的等比例混合的盐浴中，保温5h，然后空冷至室温；
最后，将注塑模具回火处理，在惰性气体保护下，以120℃/h的升温速率加热至450℃，保温1.5h后，油冷至室温。
对比例1
一种注塑模具的热处理工艺，包括以下步骤：
选取注塑模具为马氏体不锈钢模具，屈服强度介于1300MPa，其中马氏体不锈钢的组成以及质量百分比为：C：0.22％、Cr：12.89％、Ni：1.1％、Si：0.8％、Mn：0.5％、V：0.08％、S：0.010％、P：0.030％、Fe余量；
首先，将注塑模具表面涂覆一层热处理保护剂置于电渣重熔炉，在通入压力为70MPa的惰性气体保护下，以270℃/h的升温速率加热至270℃，保温1.5h，再以190℃/h升温速率加热至1140℃，保温3h；
其次，通过气压为60MPa惰性气体冷却，将注塑模具以2℃/h的冷却速率冷却至1000℃，保温1.5h，以3℃/s的冷却速率，冷却至500℃，保温1.5h后，再快速置于温度为150℃的硝酸铵与硝酸钾的等比例混合的盐浴中，保温5h，然后空冷至室温；
最后，将注塑模具回火处理，在惰性气体保护下，以120℃/h的升温速率加热至450℃，保温1.5h后，油冷至室温。
对比例2
一种注塑模具的热处理工艺，包括以下步骤：
选取注塑模具为马氏体不锈钢模具，屈服强度介于1200MPa，其中马氏体不锈钢的组成以及质量百分比为：C：0.20％、Cr：12.00％、Ni：0.6％、Si：0.6％、Mn：0.2％、V：0.05％、S：0.005％、P：0.030％、Fe余量；
首先，将注塑模具表面涂覆一层热处理保护剂置于电渣重熔炉，在通入压力为70MPa的惰性气体保护下，以260℃/h的升温速率加热至260℃，保温2h，再以180℃/h升温速率加热至1130℃，保温2h后，切换成通入气压为60MPa惰性气体进行冷却，将注塑模具以1℃/h的冷却速率冷却至1030℃，保温0.5h后，继续在惰性气体保护下，以80℃/h升温速率加热至1130℃，保温2h；
其次，通过气压为60MPa惰性气体冷却，将注塑模具以1℃/h的冷却速率冷却至1030℃，保温1h，以5℃/s的冷却速率，冷却至680℃，保温1h后，再快速置于温度为200℃的硝酸铵与硝酸钾的等比例混合的水浴中，保温6h，然后空冷至室温；
最后，将注塑模具回火处理，在惰性气体保护下，以100℃/h的升温速率加热至350℃，保温2h后，油冷至室温。
为了进一步说明上述实施例的效果，由于实施例1～3提供的提供的热处理工艺处理后的注塑模具效果基本平行，因此下面仅对实施例3以及对比例1进行耐蚀性测试，研究材料在含Cl-水溶液中的电化学腐蚀性能，其中，电化学测试采用标准三电极体系，选择3wt％NaCl作为腐蚀溶液。
测试结果发现实施例1～3提供的热处理工艺处理后的注塑模具耐腐蚀性能，相对于对比例1在高温段位采用了一次淬火处理后的注塑模具，具有优异的耐腐蚀性能，主要是由于其奥氏体化处理过程中，采用高温段位的两次淬火，能够使注塑模具中的碳化物含量降低，且能够提高钝化厚度，有效提高注塑模具的耐腐蚀性能。
另外，本发明通过将注塑模具淬火过程中，冷却至450～680℃，保温1～2h后，快速置于200～300℃盐浴中，保温4～6h，然后空冷至室温，使得注塑模具在盐浴中冷却及保温过程中，受热均匀变形量小，相对于对比例2通过水浴保温来说，能很快转变工件内部组织结构，保温性能好，能够形成保护性钝化膜，有效提高注塑模具的耐蚀性能。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (4)
1.一种注塑模具的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将注塑模具表面涂覆一层热处理保护剂，并在惰性气体保护下，以260～280℃/h的升温速率加热至260～280℃，保温1～2h，再以180～200℃/h升温速率加热至1130～1150℃，保温1～2h后，通过惰性气体冷却，将注塑模具以1～5℃/h的冷却速率冷却至980～1030℃，保温0.5～1h后，继续在惰性气体保护下，以80～100℃/h升温速率加热至1130～1150℃，保温1～2h；
S2、通过惰性气体冷却，将注塑模具以1～5℃/h的冷却速率冷却至980～1030℃，保温1～2h，以5～10℃/s的冷却速率，冷却至450～680℃，保温1～2h后，再快速置于200～300℃盐浴中，保温4～6h，然后空冷至室温；
S3、将注塑模具回火处理，在惰性气体保护下，以100～150℃/h的升温速率加热至350～500℃，保温1～2h后，油冷至室温；
所述注塑模具为马氏体不锈钢模具，屈服强度介于1200～1400MPa，其中所述马氏体不锈钢的组成以及质量百分比为：C：0.20～0.25％、Cr：12.00～13.30％、Ni：0.60～1.30％、Si：≤1.00％、Mn：≤0.80％、V：0.05～0.15％、S：≤0.010％、P：≤0.030％、Fe余量。
2.根据权利要求1所述的注塑模具的热处理工艺，其特征在于，所述惰性气体保护的压力为70MPa。
3.根据权利要求1所述的注塑模具的热处理工艺，其特征在于，所述惰性气体冷却时的压力为60MPa。
4.根据权利要求1所述的注塑模具的热处理工艺，其特征在于，所述盐浴为硝酸铵与硝酸钾的等比例混合盐浴。
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