[发明专利]一种工模具钢相变热处理方法

说明书

本发明涉及一种工模具钢相变热处理方法，可改善工模具钢组织均匀性，提高组织质量和性能。本发明的主要特点是首先对工模具钢铸锭缓慢加热到700～850℃，保温2～6h，再快速升温至1000～1100℃保温15min～3h，而后在1100～1200℃保温2～10h。采用本方法生产出的工模具钢，可缩短热处理时间，同时工模具钢碳化物尺寸细小，组织质量高。

技术领域

本发明涉及一种工模具钢相变热处理方法，具体涉及一种细化碳化物尺寸、提高工模具钢组织质量的方法。

背景技术

工模具钢(高速钢和模具钢)因具有高硬度、高耐磨性等优点，主要用于制造复杂切削工具、精密模具等，是高端装备制造业的重要基础材料。随着工模具大型化和精密化，对工模具材料质量提出了日益严格的要求。通过高碳高合金的成分设计，工模具钢中形成大量硬质、稳定的合金碳化物，保证了工模具钢的性能要求。而碳化物呈细小球状、分布均匀，具有良好的组织均匀性，则是充分发挥碳化物强化作用的前提。

现有工模具钢生产工艺主要采用压力加工技术(开坯、锻造、轧制)，利用高温形变过程中产生的强烈流变应力，对铸锭中的碳化物进行机械破碎和分离，从而使碳化物尺寸细化、分布改善。这种方法受到铸锭锭型尺寸、锻压比、变形方式、设备压下载荷等多种因素限制，通常只有在锻压比很大的情况下，压力加工对碳化物分布的改善效果才比较明显。

碳化物球化处理是细化工模具钢碳化物尺寸的另一重要技术手段。通过将工模具钢铸锭缓慢加热至碳化物分解温度(通常900℃左右)以上保温处理，使碳化物发生分解和球化，细化碳化物尺寸。为避免铸锭在升温过程中因导热问题、内应力过大而开裂，碳化物球化处理通常缓慢加热升温，以保证铸锭内部温度均匀。该工艺可在一定程度上使碳化物尺寸得到细化，但由于碳化物相界面有限导致的球化驱动力不足，其对碳化物尺寸的细化效果仍无法满足高品质工模具钢的质量要求。

除此之外，变质处理、孕育处理等手段也被用于改善工模具钢组织均匀性，但效果有限。在高品质工模具钢实际生产中，特别是大规格的工模具钢铸锭，如何细化碳化物尺寸、提高组织均匀性，一直是未能有效解决的重要技术问题。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供了一种工模具钢相变热处理方法，可细化工模具钢碳化物尺寸的方法，解决了传统工艺方法生产的工模具钢组织质量不足的问题。

技术方案：与传统碳化物球化处理采用极慢的升温速率不同，本发明采用一种快速相变热处理方法。具体工艺步骤如下：

(1)缓慢预热：以不高于2℃/min的升温速率，将工模具钢铸锭缓慢加热到700～850℃，保温2～6h；

(2)快速相变热处理：以高于15℃/min的升温速率对工模具钢铸锭快速加热至1000～1100℃，保温15min～3h；

(3)碳化物球化退火：对工模具钢铸锭进行碳化物球化退火处理，退火温度1100～1200℃，保温2～10h；

(4)缓冷：工模具钢铸锭缓慢冷却至200℃左右，出炉。

有益效果：对球化处理后的工模具钢铸锭进行锻造、轧制等常规加工，得到最终产品。

本发明通过缓慢预热至850℃以下温度，使铸锭内外温度均匀，避免因导热问题引起内部热应力过大而开裂的问题。利用快速升温，影响碳化物相变热力学及动力学，极大地促进碳化物相变反应，为后续的球化处理做好准备。在快速相变热处理基础上，利用球化退火工艺，促进碳化物球化过程，显著细化碳化物尺寸。与现有的工模具钢热处理工艺及产品相比，上述工艺方案不仅缩短了球化热处理时间、提高了生产效率，而且使碳化物尺寸进一步细化，提升组织均匀性，满足了大型复杂刀具、精密模具等高端工模具产品的质量要求。

具体实施方式