本發(fā)明屬于熱處理工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大型高合金模具特殊熱處理工藝。

背景技術(shù)：

在機(jī)械制造工業(yè)領(lǐng)域金屬材料形變加工行業(yè)，幾乎所有的作業(yè)模具，都必經(jīng)熱處理淬火、回火處理。但不管如何淬火回火，淬火工序始終是整個(gè)熱處理工藝過(guò)程各工序中的重中之重，而淬火工序的加熱方法確定，尤為重要。傳統(tǒng)熱處理淬火加熱方法，盡管選取溫度值很有考究，工藝設(shè)計(jì)一般根據(jù)模具的材料牌號(hào)和服役條件以及設(shè)備現(xiàn)狀來(lái)選取其淬火加熱溫度參量，加熱保溫到時(shí)后，預(yù)冷淬火，但其所采用的淬火加熱模式都基本一致。

圖1示出了現(xiàn)時(shí)所普遍采用的熱處理淬火加熱模式，其在預(yù)熱結(jié)束后升溫至淬火合適溫度，進(jìn)行保持溫度完成一次淬火后即進(jìn)入冷卻步驟。上述普遍采用的傳統(tǒng)熱處理淬火加熱模式，對(duì)于眾多的較小型模具，還不易發(fā)現(xiàn)什么問(wèn)題，但對(duì)于像300kg以上較大或600kg以上的特大型模具就存在比較大的問(wèn)題，尤其是對(duì)于那些要求模具表面高耐磨和高紅硬性的服役狀況來(lái)說(shuō)，用上述傳統(tǒng)淬火加熱模式進(jìn)行熱處理的高合金鋼模具，不是耐磨性不盡人意，就是模具變形、開(kāi)裂非常嚴(yán)重，模具的報(bào)廢量較大。這就迫使人們選擇中、低端加熱淬火的方法來(lái)進(jìn)行模具熱處理，以解決模具開(kāi)裂報(bào)廢量大的問(wèn)題，這種辦法有一定的效果，但鍛造產(chǎn)品生產(chǎn)效率低，由于表面磨損較快，模具返修工作量十分巨大，當(dāng)生產(chǎn)量大時(shí)，生產(chǎn)模具和鍛制產(chǎn)品的進(jìn)度往往跟不上，綜合效益并不理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種適合較大型高合金模具使用的特殊熱處理淬火工藝，其滿(mǎn)足表面高紅硬性和高抗腐蝕性的要求，有效避免及減少模具報(bào)廢，降低能耗。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種大型高合金模具特殊熱處理工藝，包括以下步驟：

(1)對(duì)模具進(jìn)行預(yù)熱；

(2)對(duì)模具繼續(xù)加熱，使其溫度到達(dá)自身淬火溫度下限區(qū)間，然后保持溫度進(jìn)行第一階段淬火處理；

(3)對(duì)模具進(jìn)行加熱，使其快速升溫至自身淬火溫度上限區(qū)間，然后保持溫度進(jìn)行第二階段淬火處理，第一階段淬火處理時(shí)間、第二階段淬火處理時(shí)間以及兩者之間的升溫時(shí)間的比例為80±5：5：15±5；

(4)對(duì)模具進(jìn)行預(yù)冷，然后再進(jìn)行快速冷卻，完成淬火處理。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，第一階段淬火處理和第二階段淬火處理之間的升溫時(shí)間不大于15分鐘。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，步驟(1)對(duì)模具進(jìn)行預(yù)熱處理分為兩個(gè)階段進(jìn)行，第一階段前的升溫速度不大于180℃/小時(shí)，第二階段和第一階段之間的升溫速度不大于150℃/小時(shí)。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，第一階段淬火處理前的升溫速度不大于120℃/小時(shí)。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，第一階段淬火處理時(shí)間、第二階段淬火處理時(shí)間以及兩者之間的升溫時(shí)間的比例為80：5：15。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明針對(duì)較大型高合金鋼模具傳統(tǒng)熱處理加熱模式的現(xiàn)狀，根據(jù)金屬材料的相變理論，熱傳導(dǎo)和熱力學(xué)原理，對(duì)其傳統(tǒng)熱處理加熱模式進(jìn)行改造，采用兩段加熱淬火的辦法，在保證整塊模具具有足夠高的強(qiáng)度的同時(shí)，確保了表面高紅硬性和高耐磨及高抗腐蝕性；模具淬火后，相對(duì)較粗大的馬氏體僅限于表層，占整塊模具截面的比例不會(huì)超過(guò)20％，因而模具整體沖擊韌性良好，不易出現(xiàn)那種解理斷裂狀況，這就有效地避免或減少了模具的報(bào)廢；模具在高溫加熱時(shí)間總體可比傳統(tǒng)模式大為縮短，因而可以節(jié)約能源，降低設(shè)備損耗。

附圖說(shuō)明

圖1為傳統(tǒng)模具熱處理淬火加熱模式示意圖；

圖2為本發(fā)明的特殊熱處理淬火加熱模式示意圖；

圖3為應(yīng)用本發(fā)明對(duì)ST1鋼進(jìn)行熱處理淬火的加熱模式示意圖。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖并結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

本發(fā)明適合對(duì)300kg以上較大或600kg以上的特大型模具進(jìn)行熱處理淬火使用。下面參照?qǐng)D2對(duì)本發(fā)明的熱處理工藝進(jìn)行詳細(xì)描述。

步驟(1)，對(duì)模具進(jìn)行預(yù)熱。此步驟與傳統(tǒng)熱處理工藝相似，一般分為兩個(gè)階段進(jìn)行。先進(jìn)行第一次加熱升溫后保持溫度，進(jìn)行第一階段預(yù)熱，然后進(jìn)行第二次加熱升溫后保持溫度，進(jìn)行第二階段預(yù)熱。第一階段前的升溫速度不大于180℃/小時(shí)，第二階段和第一階段之間的升溫速度不大于150℃/小時(shí)。

步驟(2)，對(duì)模具繼續(xù)加熱，使其溫度到達(dá)自身淬火溫度下限區(qū)間，然后保持溫度進(jìn)行第一階段淬火處理。如圖所示，第一階段淬火處理前的升溫階段與步驟(1)中的處理階段統(tǒng)稱(chēng)為預(yù)熱階段。具體實(shí)施時(shí)，第一階段淬火處理前的升溫速度不大于120℃/小時(shí)。

步驟(3)，對(duì)模具進(jìn)行加熱，使其快速升溫至自身淬火溫度上限區(qū)間，然后保持溫度進(jìn)行第二階段淬火處理。第一階段淬火處理和第二階段淬火處理之間的升溫時(shí)間不大于15分鐘。第一階段淬火處理時(shí)間、第二階段淬火處理時(shí)間以及兩者之間的升溫時(shí)間的比例為80±5：5：15±5，優(yōu)選為80：5：15。

步驟(4)，對(duì)模具進(jìn)行預(yù)冷，然后再進(jìn)行快速冷卻，完成淬火處理。

淬火加熱方法采用上述創(chuàng)造性改造后,實(shí)踐證明可以產(chǎn)生如下積極效果：

1、在保證整塊模具具有足夠高的強(qiáng)度的同時(shí)，確保了表面高紅硬性和高耐磨及高抗腐蝕性，這主要是因?yàn)槎虝r(shí)間快速高溫加熱的作用，表面融入了一定量的合金元素到奧氏體中所致，溫度越高，溶入量越大，作用越大。但是，當(dāng)超過(guò)一定的溫度范圍時(shí)，溫度越高，模具的材質(zhì)性能又會(huì)變壞，所以溫度選擇必須合適。

2、由于模具淬火后，相對(duì)較粗大的馬氏體僅限于表層，占整塊模具截面的比例不會(huì)超過(guò)20％。因而模具整體沖擊韌性良好，不易出現(xiàn)那種解理斷裂狀況，這就有效地避免或減少了模具的報(bào)廢。

3、由于模具在高溫加熱短時(shí)，在高溫加熱時(shí)間總體可比傳統(tǒng)模式大為縮短，因而可以節(jié)約能源，降低設(shè)備損耗。

為比較清楚地說(shuō)明此新工藝模式，現(xiàn)就以ST1高合金鋼轉(zhuǎn)向節(jié)模具淬火為例，敘述其本加熱模式特點(diǎn)。

研究表明，ST1鋼在1060～1150℃加熱淬火均可得到較好的熱處理強(qiáng)化效果，而依其規(guī)律，對(duì)較大型模具，則以1100～1150℃加熱淬火，取得最好的綜合效果，溫度再高就易開(kāi)裂，溫度再低，耐磨性稍差，芯部強(qiáng)度也會(huì)降低，又反而會(huì)增大變形開(kāi)裂傾向。當(dāng)采用本發(fā)明兩級(jí)加熱淬火，便可有效調(diào)和上述矛盾，其效果顯而易見(jiàn)，工藝過(guò)程如圖3所示。

ST1鋼較大型轉(zhuǎn)向節(jié)模具外形體積為500×380×290mm，總重量為400kg左右，一般采用真空加熱爐加熱油淬，當(dāng)模具經(jīng)過(guò)兩次預(yù)熱之后，模具內(nèi)外溫度基本一致，已經(jīng)為高溫加熱減少熱應(yīng)力做好了準(zhǔn)備。在溫度為1090±10℃的第一階段淬火處理加熱結(jié)束后，模具整體已實(shí)現(xiàn)了奧氏體化，此時(shí)若淬火冷卻，因溶入奧氏體中的合金元素較少，盡管硬度完全可以上去，但模具表面的紅硬性較低，經(jīng)后續(xù)高溫回火，硬度會(huì)下降得較快，因而在高溫、熱蝕、沖擊磨擦惡劣條件下服役，使用壽命不長(zhǎng)。

但是，當(dāng)我們?cè)诘谝浑A段高溫奧氏體化條件下迅速升溫到本模具鋼的淬火上限溫度。模具由表及里出現(xiàn)一個(gè)溫度梯度，最表層的幾十毫米內(nèi)溫度較高，鋼中的合金元素迅速溶解到奧氏體中。由于高溫加熱時(shí)間較短，晶粒長(zhǎng)大不會(huì)十分嚴(yán)重，正是在其還來(lái)不及長(zhǎng)大或剛要開(kāi)始長(zhǎng)大的情況下，模具又進(jìn)入了預(yù)冷過(guò)程，在高溫狀態(tài)下溶入表層的合金元素預(yù)冷時(shí)不可能那么快的析出，經(jīng)過(guò)預(yù)冷達(dá)到模具內(nèi)外溫差基本一致。隨后在較快的冷卻過(guò)程中溶入奧氏體中的Cr、Mo、V、W等合金元素保留在淬火馬氏體中，獲得固溶強(qiáng)化。最后經(jīng)過(guò)幾次高溫回火產(chǎn)生彌散強(qiáng)化，獲得極高的表面硬度和很高的紅硬性；而由于淬火加熱升溫時(shí)間短，加之高合金鋼導(dǎo)熱系數(shù)比較低，模具的橫截面積比較大，在模具高溫短時(shí)加熱結(jié)束時(shí)，其模具的截面中心位置溫度上升并不高，模具絕大部分位置晶粒很細(xì)，因而在淬火結(jié)束后，距表面40～50mm之內(nèi)的次表面至中心位置具有韌性極高的低碳低合金馬氏體或下貝氏體組織，經(jīng)高溫回火后，具有極好的綜合機(jī)械性能，因而使模具表面在高溫工作狀態(tài)下具有高耐磨、耐熱、耐腐蝕優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，模具的抗開(kāi)裂能力大為提高，從而有效地減少或消滅模具早期開(kāi)裂報(bào)廢事故。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。