[发明专利]一种细化热作模具钢晶粒的热变形方法

说明书

本发明公开一种细化热作模具钢晶粒的热变形方法，将热作模具钢加热并保温，之后快速冷却到热变形温度，以特定应变速率对热作模具钢进行热变形，达到真应变后快速冷却至室温，完成热作模具钢的热变形处理，本发明利用动态再结晶原理，消除热变形过程中的变形缺陷，合适的热变形工艺可有效地改善热作模具钢不均匀的粗大组织，达到细化晶粒的目的，使热作模具钢获得优异的力学性能；本发明过程控制简单，通过控制变形参数，使热作模具钢发生完全动态再结晶，达到细化晶粒、调整晶粒形态及分布的目的，有效地改善了热作模具钢的粗大组织，提高了热作模具钢的力学性能。

技术领域

本发明属于金属材料热加工工艺领域，特别是提供了一种细化热作模具钢晶粒的热变形方法。

背景技术

热作模具钢是一种适合制造再结晶温度以上的固态金属或高温液态金属成形模具用的合金工具钢，如锤锻模、压铸模、热挤压模等。热作模具服役条件苛刻，需长时间承受高温、高载荷、受热和冷却，大型锤锻模需要承受的冲击力高达上百MN，模腔温度可达300-400℃，热挤压模可达500-800℃。因此，要求热作模具钢除了具有较高的热塑变抗力、高温强度、高温硬度和较好的冲击韧性外，还要具备良好的耐疲劳性和抗回火稳定性，才能满足在特殊服役条件下的工作需求。采用合理的热变形工艺，提高热作模具钢的组织均匀性、调整晶粒形态、改善晶粒粗大现象，是提高模具使用寿命的有效途径。

常用的细化晶粒的方法是对材料进行热变形，使材料内部发生再结晶形核和长大，形成均匀细小的等轴晶，从而达到细化晶粒、调整晶粒形态、消除热变形过程中变形缺陷的目的。该方法较简单，但由于热变形过程受到多种因素(变形温度、应变速率、应变量)的综合影响，难以确定合适的奥氏体再结晶温度和保温时间。当奥氏体再结晶温度过低时，孕育期较长，形核率较低，随着保温时间的延长，晶粒长大造成晶粒粗大现象；而当再结晶温度过高时，孕育期短，晶粒快速长大，也会造成再结晶晶粒粗大。材料发生不完全动态再结晶时，会在晶界处聚集大量位错群，形成细小等轴的再结晶晶粒，出现典型的“项链状组织”；完全动态再结晶后继续保温会出现晶粒长大导致的晶粒粗大现象。因此需结合热加工图确定适宜的热变形工艺参数，通过细化晶粒达到稳定性能的目的。热加工图是基于动态材料模型(DMM)和耗散理论，将功率耗散图和失稳图叠加起来的一种研究材料热变形行为的新方法，可将失稳区和显微组织对比分析，确定细化热作模具钢晶粒的热变形工艺参数并进行优化，为实际生产提供理论指导。

目前暂未看到有将热变形方法和热加工图结合起来细化热作模具钢晶粒、确定细化热作模具钢晶粒的最佳热变形工艺参数、提高其力学性能的相关专利，细化其他锻件晶粒的专利大多采用的是正火+淬火+回火的热处理方式，但这类工艺较为复杂，工序时间较长，效率低下。

发明内容

本发明提供一种细化热作模具钢晶粒的热变形方法，通过控制变形参数，使热作模具钢发生完全动态再结晶，达到细化晶粒、调整晶粒形态的目的，有效地改善了热作模具钢的粗大组织，提高了热作模具钢的力学性能。本发明利用该热变形方法使热作模具钢的晶粒变得均匀、细小，平均晶粒尺寸小于10μm，且操作过程容易控制、工序简单、加工周期短，能大幅提高热作模具钢晶粒细化的效率，将失稳区和显微组织结合对比分析，确定细化热作模具钢晶粒的热变形工艺参数并进行优化，为实际生产提供指导。

本发明具体技术方案如下：

一种细化热作模具钢晶粒的热变形方法，将热作模具钢加热并保温，使热作模具钢内外温度均匀，之后快速冷却到热变形温度，以特定应变速率对热作模具钢进行热变形，达到真应变后快速冷却至室温，完成热作模具钢的热变形处理。

所述热作模具钢的化学组成及质量百分比含量：C：0.5-0.6％、Cr：0.8-1.1％、Mn：0.5-0.8％、Mo：0.35-0.5％、Ni：1.4-1.8％、V：0.1-0.3％、Si：≤0.35％、S：≤0.03％、P：≤0.03％，余量为Fe。

所述加热速率根据热作模具钢尺寸和加热设备能力决定，一般不高于2℃/s。