[发明专利]一种提升热作模具钢热疲劳性能的热处理工艺

说明书

本发明公开一种提升热作模具钢热疲劳性能的热处理工艺，将热作模具钢进行高温固溶；高温固溶之后淬冷介质冷却，随后以10～30℃/min的速率随炉升温至AC1线下20～70℃保温30～60分钟；保温之后，在淬冷介质冷却至40～100℃，再升温至AC3线上70～120℃进行奥氏体化；保温之后，在淬冷介质中冷却至100～200℃，将冷却后的热作模具钢进行预回火，再进行回火处理，本发明所得的热作模具钢碳化物均匀弥散分布，回火稳定性好，热疲劳性能较常规热处理工艺显著提升；热处理到同样硬度后，冲击功较常规热处理工艺有很大提高；且本发明工艺成本低廉、可操作性强。

技术领域

本发明公开一种提升热作模具钢热疲劳性能的热处理工艺，属于材料热处理工艺技术领域。

背景技术

模具是加工制造产业中最重要的工艺装备，模具制造水平是衡量一个国家制造业水平的重要标志。热作模具钢是液态金属成型的主要工具，广泛应用于热挤压模、压铸模、热锻模等领域。其在服役过程中不仅会受到反复加热和冷却产生的热应力导致的热疲劳，而且还会受到冲击载荷的作用。热疲劳和韧性是影响热作模具钢使用寿命的重要因素，因此对模具的硬度、冲击韧性、红硬性和抗热疲劳性，提出了更高的要求。

H13钢是目前使用最广泛及最具代表性的热作模具钢。众所周知，热疲劳裂纹容易在晶界扩展，现阶段提高热作模具钢的热疲劳性能主要通过加入合金元素，让其实现固溶强化以及第二相强化，来抑制热疲劳裂纹萌生与扩展。

“双碳”目标的提出，对制造业未来的发展提出了新的使命和任务。开发一种适用于低成本，简单易行的热处理工艺，来提升H13热作模具钢热疲劳性能的方法成为生产中的迫切需求。

发明内容

本发明提出一种提升热作模具钢热疲劳性能的热处理工艺，改进热处理工艺进行工艺控制，可操作性高、成本低廉、工艺简单，本发明工艺通过调控晶界以及马氏体板条宽度来提升热疲劳性能，所制备的H13热作模具钢具有良好的淬透性、红硬性、冲击韧性和热疲劳性能等。

本发明技术方案如下：

一种提升热作模具钢热疲劳性能的热处理工艺，包括以下步骤：

(1)将准备好的热作模具钢置于箱式电阻炉内，进行高温固溶，让其合金元素充分溶解及大部分碳化物溶解；

(2)步骤(1)中经过高温固溶之后的试样，在淬冷介质中冷却至100～200℃，随后将热作模具钢以10～30℃/min的速率随炉升温至AC1线下20～70℃保温30～60分钟；

(3)步骤(2)中经过保温之后的试样，在淬冷介质中冷却至40～100℃，随后将热作模具钢置于热处理电阻炉内进行奥氏体化；

(4)将步骤(3)中经过保温之后的试样，在淬冷介质中冷却至100～200℃，将冷却后的热作模具钢进行预回火，再进行回火处理。

步骤(1)热作模具钢为H13热作模具钢，其化学成分按重量百分比计，如下：C：0.32％～0.45％，Si：0.80％～1.20％，Mn：0.20％～0.50％，Cr：4.75％～5.50，Mo：1.10％～1.75％，V：0.80％～1.20％，P≤0.03％，S≤0.03％，余量为铁和其他不可避免杂质元素。

步骤(1)高温固溶具体工艺是：以80～180℃/min的速率升温AC3线上190～240℃的温度保温10～15分钟。

步骤(2)和步骤(4)的淬冷介质为机油，步骤(3)的淬冷介质为空气。

步骤(3)奥氏体化具体工艺是：以80～180℃/min的速率升温至AC3线上70～120℃的温度保温20～40分钟。

步骤(4)预回火具体工艺是：以10～30℃/min的速率升温至400～450℃，保温时间30～60分钟。