CN1654686A - 冷锻模具双温淬火强韧化处理方法 - Google Patents

冷锻模具双温淬火强韧化处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高冷锻模具韧性的方法。冷锻模具双温淬火强韧化处理方法，其特征是包括如下步骤：1)高温淬火：冷锻模具在真空加热，然后冷锻模具入油淬火；冷锻模具入油后，立即向冷室充入大气，淬火时间为10～20分钟；首次回火温度为250～550℃；2)次高温细晶淬火：冷锻模具真空加热，缓慢加热至850℃，保温20～60min，继续加热至970～1160℃，保温，然后冷锻模具入油淬火；模具入油后，立即向冷室充入大气，淬火时间为10～20分钟；回火三至四次，温度为450～550℃，得产品。本发明显著地提高了冷锻模具的韧性，提高模具使用寿命。

Description

冷锻模具双温淬火强韧化处理方法
技术领域
本发明涉及一种提高冷锻模具韧性的方法。
背景技术
冷锻模较普通锻模而言，加工精度要求很高，为保证锻件的形状和尺寸精度，冷锻模型腔上的圆角半径、悬臂高度等部位基本按照成品尺寸设计，容易产生应力集中。在使用过程中，模具会承受剧烈的冲击载荷，型腔表面要承受很高的拉压应力，开裂、崩角现象普遍，磨损严重，使用寿命低；所以，要求冷锻模材料具有较高的强度、韧性和耐磨损性能。
大批量生产用冷锻模具常采用高碳高铬合金钢、高速钢或基体钢制造。高碳高铬钢(如Cr12MoV)属莱氏体钢，其网状莱氏体比高速钢网状莱氏体大得多，经常规热处理，可获得高硬度、高耐磨性能，但由于晶粒粗大，且片状马氏体中存在许多显微裂纹，宏观韧性较差；易开裂，影响模具使用寿命。钨钼系高速钢(如W6Mo5Cr4V2)在锻后，也常常存在粗大网状碳化物和带状碳化物。这种碳化物的不均匀性对冷锻模使用寿命有极大影响。淬火加热时，碳化物稀少区奥氏体易粗大，淬火开裂趋向大，碳化物富集区脆性大，易崩刃。这些说明常规热处理方法不能达到冷锻模具的使用要求。
发明内容
针对高碳高铬钢、高速钢冷锻模的常规热处理有硬度高，韧性差的缺陷，本发明的目的在于提供一种提高冷锻模具韧性的冷锻模具双温淬火强韧化处理方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：冷锻模具双温淬火强韧化处理方法，其特征是包括如下步骤：
1)、高温淬火：冷锻模具真空加热，缓慢加热至850～860℃，保温20～60min，继续加热至1040～1220℃，保温，然后冷锻模具入油淬火；在升温过程中，真空度保持在100.0～0.10Pa；冷锻模具入油后，立即向冷室充入大气，使淬火油面有一个大气压力；启动油搅拌，增强冷却换热强度；淬火时间为10～20分钟；首次回火温度为250～550℃；
2)、次高温细晶淬火：冷锻模具真空加热，缓慢加热至850℃，保温20～60min，继续加热至970～1160℃，保温，然后冷锻模具入油淬火；在升温过程中，真空度保持在100.0～0.10Pa；冷锻模具入油后，立即向冷室充入大气，使淬火油面有一个大气压力；启动油搅拌，增强冷却换热强度；淬火时间为10～20分钟；回火三至四次，温度为450～550℃，得到冷锻模具产品。
所述的冷锻模具经锻造(或轧制)、加工而成：高碳高铬钢或高速钢加热温度1100～1150℃，始锻温度1030～1060℃，采用三向锻造变形工艺，反复镦粗—拔长3～4次，每次镦粗压缩比≥50％，终锻温度850℃；锻后缓慢冷却或直接退火处理；然后加工成冷锻模具。
所述的高温淬火步骤中的高温淬火温度＝常规淬火上限温度+(10～60)℃；次高温细晶淬火步骤中的淬火温度＝常规淬火平均温度-(10～60)℃。
本发明采用冷锻模具第一步骤为高温淬火：升温时间和保温时间要使碳化物完全溶解，晶界上富集的合金元素向晶内扩散，奥氏体中碳和合金元素浓度有明显增加。虽然合金元素浓度的增加会造成马氏体Ms点和Mf点下降，淬火后残余奥氏体数量增加，但钢中的钒元素具有减少残余奥氏体效应。在很高的淬火温度进行淬火，冷锻模的强度和硬度会显著提高；淬火时换热强度大，冷却速度较快，碳化物析出均匀，形成颗粒状态，造成弥散强化效果。高温淬火后，晶粒比较粗大，进行一次回火，消除内应力，为第二次细晶淬火作好准备。
第二步骤是次高温细晶淬火：高碳高铬钢淬火后，还存在一定数量的碳化物和残余奥氏体，回火时有残余奥氏体向马氏体转变、马氏体的分解和碳化物的析出三个现象同时进行，晶粒比较粗大。采用次高温细晶淬火，再次奥氏体化和碳化物的部分重溶、马氏体的分解使首次淬火的晶粒得到细化，晶界尖角获得圆化，钢材韧性获得较大改善。
高速钢高温淬火后再进行一次次高温淬火，碳化物向M6C型高铬碳化物转化，硬度不减；残余奥氏体迅速分解转变，晶粒细化，有弥散相析出，其冲击韧性αk值能够提高1～3倍。
冷锻模用高碳高铬钢、高速钢原始组织通常为粗大的合金碳化物并呈网状形态分布。本发明采用冷锻模具经锻造(或轧制)、加工而成：首先通过锻造对其进行塑性变形，采用上限锻造温度和大锻造比，将网状碳化物破碎，使其呈颗粒状均匀分布；与大塑性变形相伴随的回复与再结晶过程，抑制了带状组织粗大，改善了冷锻模的韧性，为冷锻模高强韧性能的最终获取做好准备。
本发明提供了一种冷锻模具双温淬火强韧化处理方法，能够使高合金钢冷锻模具有高强度和高耐磨损性，而且使钢材组织得到细化，其强韧性得到显著提高，能够满足冷锻模具的使用条件，模具使用寿命也能够稳定在较高水平上。本发明解决了冷锻模具因韧性不足而产生开裂、崩角的问题，从而提高模具使用寿命。
具体实施方式
实施例1：
轿车行星齿轮冷摆辗模具采用Cr12MoV制造，常规锻造温度850～1030℃。冷锻模具双温淬火强韧化处理方法，包括如下步骤：1)、锻造：Cr12MoV加热温度1100～1140℃，始锻温度1030～1060℃，采用三向锻造变形工艺，反复镦粗—拔长3～4次，每次镦粗压缩比≥50％，终锻温度850℃；锻后缓慢冷却或直接退火处理；然后加工成冷锻模具。碳化物不均匀度2级。
2)、高温淬火：冷锻模具真空加热，缓慢加热至850℃，保温40～50min，继续加热至1040～1060℃，保温，然后冷锻模具入油淬火；在升温过程中，真空度保持在10.00～0.10Pa。冷锻模具入油后，立即向冷室充入大气，使淬火油面有一个大气压力。启动油搅拌，增强冷却换热强度。淬火时间为10～20分钟。淬火硬度HRC61～64。首次回火温度为250℃。
3)、次高温细晶淬火：冷锻模具真空加热，缓慢加热至850℃，保温40～50min，继续加热至970～990℃，保温，然后冷锻模具入油淬火；在升温过程中，真空度保持在10.00～0.10Pa。冷锻模具入油后，立即向冷室充入大气，使淬火油面有一个大气压力。启动油搅拌。淬火时间为10～20分钟。淬火硬度HRC60～64。回火三次，回火温度为450～500℃，回火硬度为HRC58～61。
试样韧性比较：常规热处理试样：Cr12MoV在1040℃淬火，200℃回火三次，冲击韧度αk＝30(J/cm2)；本发明双温淬火处理试样：1040℃淬火，250℃回火一次，980℃淬火，450℃回火三次，αk＝61(J/cm2)；两种试样硬度均为HRC59～61。
Cr12MoV轿车行星齿轮冷摆碾模具使用寿命比较：常规热处理模具使用寿命500～1000件，报废原因是型面齿形齿根处开裂。双温淬火处理模具使用寿命5000～7000件，报废原因是型面磨损。
实施例2：
轿车行星齿轮冷摆辗模具用7Cr7Mo2V2Si制造。冷锻模具双温淬火强韧化处理方法，包括如下步骤：1)、锻造：7Cr7Mo2V2Si加热温度1150℃，始锻温度1060℃，采用三向锻造变形工艺，反复镦粗—拔长3～4次，每次镦粗压缩比≥50％，终锻温度≥850℃；锻后缓冷并及时退火处理；然后加工成冷锻模具。
2)、高温淬火：冷锻模具真空加热，真空缓慢加热至860℃，保温50～60min，继续加热至1130～1160℃，真空度100.0-10.0Pa，保温油淬。入油后，立即充入大气，使淬火油面有一个大气压力。启动油搅拌。淬火时间20分钟，淬火硬度HRC61～63。首次回火温度为450℃。奥氏体晶粒度3～4级。
3)、次高温细晶淬火：真空加热，缓慢加热至850℃，保温50～60min，继续加热至1060～1100℃，保温，然后入油淬火；入油后，立即充入大气，使淬火油面有一个大气压力。启动油搅拌。淬火时间20分钟。淬火硬度HRC61～64。回火温度为550℃，回火三次，回火硬度为HRC59～62，奥氏体晶粒度8级。
7Cr7Mo2V2Si试样韧性比较：常规热处理试样：1100℃淬火，530℃回火三次，αk＝78(J/cm2)；本专利双温淬火处理试样：1150℃淬火，450回火一次，1100℃淬火，550℃回火三次，αk＝97(J/cm2)，两种试样硬度HRC59-61。
7Cr7Mo2V2Si双温淬火冷摆碾模具使用寿命7000～10,000件，报废原因是型面磨损。
实施例3：
63-28/02轴承环冷辗扩粗辗芯轴采用高速钢W6Mo5Cr4V2制造。1)、采用轧制型材棒料直接加工成冷锻模具，原始碳化物不均匀度3级。
2)、高温淬火工艺：冷锻模具真空加热，预热至850℃，保温20min，继续加热至1220℃，真空度100.0～10.0Pa，保温油淬。冷锻模具入油后，启动淬火油搅拌器。淬火硬度HRC61～65(平均值HRC63.8)。(残余)奥氏体晶粒度6～8级。首次回火温度为550℃，
3)、次高温细晶淬火：缓慢加热至850℃，保温20min，继续加热至1160℃，保温，然后冷锻模具入油淬火；冷锻模具入油后，启动淬火油搅拌器。淬火硬度HRC61～64。
回火温度为550℃，回火四次，每次1.5h，回火硬度为HRC62～67(平均值HRC64.8)，奥氏体晶粒度10-12级，冲击韧度αk＝76(J/cm2)。
双温淬火强韧化处理W6Mo5Cr4V2轴承环冷辗扩粗辗芯轴使用寿命≥10,000件，而常规热处理的粗辗芯轴使用寿命≤3,000件。

Claims (2)

1.冷锻模具双温淬火强韧化处理方法，其特征是包括如下步骤：
1)、高温淬火：冷锻模具真空加热至850～860℃，保温20～60min，继续加热至1040～1220℃，保温，然后冷锻模具入油淬火；在升温过程中，真空度保持在100.0～0.10Pa；冷锻模具入油后，立即向冷室充入大气，使淬火油面有一个大气压力；启动油搅拌；淬火时间为10～20分钟；首次回火温度为250～550℃；
2)、次高温细晶淬火：冷锻模具真空加热至850℃，保温20～60min，继续加热至970～1160℃，保温，然后冷锻模具入油淬火；在升温过程中，真空度保持在100.0～0.10Pa；冷锻模具入油后，立即向冷室充入大气，使淬火油面有一个大气压力；启动油搅拌；淬火时间为10～20分钟；回火三至四次，温度为450～550℃，得产品。
2.根据权利要求1所述的冷锻模具双温淬火强韧化处理方法，其特征是：所述的冷锻模具由锻造、加工而成：高碳高铬钢或高速钢加热温度1100～1150℃，始锻温度1030～1060℃，采用三向锻造变形工艺，反复镦粗—拔长3～4次，每次镦粗压缩比≥50％，终锻温度850℃；锻后缓慢冷却或直接退火处理；然后加工成冷锻模具。
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