[发明专利]一种压铸模用钢马氏体组织超细化方法

说明书

本发明涉及一种压铸模用钢马氏体组织超细化方法，(1)超细化后锻件经真空热处理保温，再进行气淬，使锻件表面温度降至255～275℃，并在此温度下保持105～130s，锻件表面与心部温度差控制在50～80℃；(2)在360～400℃保护气氛条件下保温；(3)550～600℃下保温，再油淬至室温；(4)进行1～3次去应力回火处理至硬度达到要求。本方法简单易操作，尤其适用于大规格模具钢，热处理周期缩短，在常规压铸要求硬度条件下冲击韧性提高了12％～20％，可延长压铸模寿命，满足铝合金汽车零部件压铸用高性能压铸模用钢的硬度要求。

技术领域

本发明属于金属热处理技术，具体为压铸模用钢的热处理方法，尤其是压铸模用钢的马氏体组织的超细化方法。

背景技术

AISI H13(4Cr5MoSiV1)是目前应用最为广泛的一类热作模具钢，可用于压铸模、热冲压模、热锻模和挤压模等。H13钢的硬度一般≥50HRC；而作为压铸模用钢，普遍接受的硬度为44～48HRC。

马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称，是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，由奥氏体急速冷却(淬火)形成。马氏体不锈钢是一类可以通过热处理(淬火、回火)对其性能进行调整的不锈钢。当奥氏体到达马氏体转变温度(Ms)时，马氏体转变开始产生，母相奥氏体组织开始不稳定。在Ms以下某温度保持不变时，少部分的奥氏体组织迅速转变，但不会继续。只有当温度进一步降低，更多的奥氏体才转变为马氏体。最后，温度到达马氏体转变结束温度Mf，马氏体转变结束。

据统计，80％以上的H13材质压铸模具在循环急冷急热过程中热裂，当交变热应力的幅值超过屈服强度，就在型腔表面引起往复塑性变形，逐渐造成损伤积累，热疲劳抗力与强韧性有直接的关系。细化组织是提升压铸模用H13钢强韧性的有效措施，然而，微合金元素的细化作用仍然有限，为改善带状偏析和粗大液析碳化物而采用高温均质化处理，使得晶粒和淬火马氏体板条相对粗大是强韧性不足的主要原因。通过传统工艺处理的调质H13钢已不能满足热作模具钢更长使用寿命的要求，组织细化是获得高强韧性的有效措施，然而，基于固态相变条件下超细组织控制一直是H13钢提升强韧性的技术瓶颈。

目前，我国的高端模具钢产品及其稳定性仍难以达到汽车工业的要求，90％以上高端模具钢产品仍然依赖进口，每年进口高端模具钢约10万吨，约合人民币60亿元，且价格比国内同类产品高几倍或十几倍。

马氏体的超细化是一种钢铁材料组织细化的工艺，一般结合微合金化元素的晶界钉扎、热变形、温变形、冷轧冷镦、固态相变等手段实现晶粒、碳化物、马氏体组织的细化。通过马氏体超细化处理改善热疲劳性能是延长压铸模用钢使用寿命的主要途径。现有文献记载，通过热处理实现马氏体超细化的方法主要有：

(1)公开号为CN105886714A(申请号201410588466.8)发明专利提出50钢超细化马氏体等温淬火热处理硬化工艺。其技术方案为，冲压成型的材料50钢零件通过热处理加热设备升温至850℃，根据50钢带厚度保温；将50钢零件淬入硝盐槽中，又将50钢零件转入水中冷却；50钢零件回火，回火结束后50钢零件水冷或空冷。该发明采用的实际是等温淬火方式，利用240℃硝盐槽中等温稳定部分残奥，然后再进行淬火至室温，最后在340℃硝盐槽中回火去应力。

该方法很好地运用了残奥氏体的碳配分稳定机制，但残奥氏体的热稳定性控制不当，回火时容易造成残奥氏体的脆性转变，分解为铁素体和渗碳体。