[發明專利]一種工模具鋼熱處理方法

有效

• 申請號: 202110011559.4
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112853065B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 周雪峰;李昱霖;夏晟;涂益友;方峰;蔣建清
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C21D6/00
• 分類號: C21D6/00;C21D1/78
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種工模具鋼熱處理方法，包括如下步驟：將工模具鋼加熱到1150～1200℃保溫后急冷至室溫，進行一次碳化物固溶；將一次固溶所得工模具鋼在850～950℃的高溫段和600～700℃的中溫段循環加熱和冷卻；將循環熱處理后的工模具鋼加熱至950～1050℃、保溫后急冷到室溫，進行二次碳化物固溶；將二次固溶工模具鋼加熱到250～350℃保溫后空冷，使奧氏體穩定化；將穩定化處理后的工模具鋼加熱到525～575℃回火處理。本發明的熱處理方通過上述多個關聯步驟共同作用，最終同時實現了工模具鋼高硬度和良好的韌性，滿足了高端工模具產品的硬度?韌性匹配要求。

技術領域

本發明涉及一種工模具鋼熱處理方法，具體涉及一種能夠細化工模具鋼組織、提高工模具鋼硬度和韌性配合的工模具鋼熱處理方法。

背景技術

工模具鋼(高速鋼和模具鋼)因具有高硬度、高耐磨性等優點，主要用于制造復雜切削工具、精密模具等，是高端裝備制造業的重要基礎材料。隨著工模具大型化和精密化，對工模具材料硬度和韌性提出了日益嚴格的要求。通過高碳高合金的成分設計，工模具鋼中形成大量合金碳化物，提高工模具鋼的硬度。然而，硬質碳化物導致承載過程中裂紋容易萌生、擴展，對材料韌性產生不利影響。如何提高工模具鋼硬度和韌性配合，是制備高性能工模具鋼的技術難題之一。

研究者采用精煉工藝，凈化鋼液，減少鋼液中氧含量，降低脆性的非金屬夾雜物含量，提升工模具鋼韌性。淬回火是工模具鋼常用的熱處理工藝：淬火過程中，碳化物大量溶解進入奧氏體，獲得高飽和度高硬度馬氏體；回火時，與基體共格的納米級碳化物大量脫溶，產生二次硬化現象，材料硬度再次提升。為緩解工模具鋼的淬火脆性，淬火后通常需要進行2～3次回火。上述淬回火工藝能夠提升工模具鋼硬度。然而，由于淬火溫度過高(通常1100℃以上)，馬氏體晶粒粗化明顯，導致工模具鋼韌性劣化。對于嚴苛環境下服役的工具和模具，如較大沖擊載荷條件下，上述處理后的材料硬度和韌性匹配仍然難以滿足要求。

發明內容

發明目的：針對現有熱處理工藝處理后的工模具鋼韌性不足、硬度-韌性匹配不佳的問題，本發明提供一種工模具鋼熱處理方法。

技術方案：本發明所述的一種工模具鋼熱處理方法，包括如下步驟：

1)一次碳化物固溶：將工模具鋼加熱到1150～1200℃保溫后急冷至室溫；

2)循環熱處理：將步驟1)所得工模具鋼在850～950℃的高溫段和600～700℃的中溫段循環加熱和冷卻；

3)二次碳化物固溶：將循環熱處理后的工模具鋼加熱至950～1050℃保溫后急冷到室溫；

4)穩定化處理：將步驟3)所得工模具鋼加熱到250～350℃保溫后空冷，使奧氏體穩定化；

5)回火：將穩定化處理后的工模具鋼加熱到525～575℃回火處理。

步驟1)中，一次碳化物固溶的保溫時間優選為20～40min。

優選的，步驟2)中，每次熱處理時，先加熱到850～950℃保溫15～30min后急冷到室溫，而后加熱到600～700℃保溫15～30min后急冷至室溫。進一步的，循環熱處理的次數不少于3次。

步驟3)中，二次碳化物固溶的保溫時間優選為30～60min。

步驟4)中，奧氏體穩定化處理的保溫時間優選為2～15min。

步驟5)中，較優的，回火處理的次數為2～3次，每次1.5～2h。

發明原理：本發明通過各步驟之間相互關聯、共同作用實現了細化工模具鋼組織、提高工模具鋼硬度與韌塑性匹配的效果，各步驟的作用具體如下：