如何选择热作模具钢材(一种热作模具钢热处理方法与流程)
admin今天给各位分享如何选择热作模具钢材的知识，其中也会对一种热作模具钢热处理方法与流程进行分享，希望能对你有所帮助！
本文导读目录：
如何选择热作模具钢材
因此，在高温成型条件下，模具材料应具有以下特性:。
①非常高的强度和韧性，能够承受高静水压力、抗变形和冲击载荷。
(2)一定的红色硬度、抗热疲劳性和耐磨性，能够承受交变应力和预热后的温升。
模具材料按化学成分可分为碳素工具钢、低合金工具钢、高合金工具钢、高速钢和钢结硬质合金。
低合金工具钢含有一定量的合金元素，因此比碳素工具钢具有更高的淬透性和硬化能力，并具有良好的耐磨性。
一般来说，淬火变形小，因此广泛用于制造各种形状复杂、变形要求高的中小型模具。
常见的低合金工具钢包括9Mn2V、MnCrWV、CrWMn、9CrWMn、MnSi.9SiCr、GCr15等。
通常用于高合金工具钢的高铬工具钢包括Cr12和Cr12MoV，而中铬工具钢包括Cr6WV。
高铬工具钢具有高淬透性、高耐磨性和热处理变形小的优点，广泛用于制造载荷大、批量大、形状复杂的模具零件。
然而，材料的碳化物分布不均匀，这大大降低了强度，并导致模具边缘在操作过程中塌陷。
此外，淬火加热温度的波动会引起组织和性能的巨大变化。
Cr12MoV具有较好的强度和韧性，这是由于它的低碳含量和碳化物的不均匀分布。
中铬工具钢Cr6WV可以部分替代Cr12钢。
由于钢中碳含量的显著降低，碳化物分布的不均匀性大大改善，其冲击韧性等力学性能也优于Cr12钢。
然而，Cr6WV钢的淬透性和硬化能力比Cr12钢差，并且这种钢的淬火开裂倾向也更大。
通常，使用分级淬火或空气冷却代替直接冷油淬火。
低铬含量的空冷微变形工具钢包括Cr4W2MoV、Cr2Mn2S1WMoV等。
Cr4W2MoV钢具有高淬透性、高回火稳定性和良好的力学性能，可替代Cr12钢。
与Cr12钢相比，Cr2Mn2Siwmov钢碳化物分布均匀，淬火温度低(820840℃)，过热敏感性低，可锻性优于Cr12钢。
Cr2Mn2SiWMoV钢的回火稳定性和力学性能良好，耐磨性略高于Cr12钢。
Cr2Mn2SiWMoV钢的最大缺点是很难软化和退火。
模具中常用的高速钢有W18Cr4V、W6M05Cr4V2和6W6M05Cr4V。
W18Cr4V钢和W6M05Cr4V2钢含有高合金元素，热处理后具有高硬度、高红硬性和高抗压强度。
然而，碳化物的不均匀程度和热处理工艺是否合理对模具的使用寿命有很大影响。
W18Cr4V钢和W6M05Cr4V2钢都具有优异的淬透性。
因为钢含有大量的合金碳化物，所以当在非常高的温度下淬火时，它仍能保持细小的晶粒并具有高的机械性能。
然而，当奥氏体化温度太高时，由于较大的晶粒尺寸和其它原因，强度和韧性将会劣化。
一种热作模具钢热处理方法与流程
图1为本发明实施例1中的汽车变速箱铝合金压铸模具的实物照片。
本发明提供了一种热作模具钢热处理方法，包括以下步骤：。
(1)将热作模具钢进行淬火保护后，加热至淬火温度1020～1030℃并保温；。
(2)将步骤(1)保温后的热作模具钢进行淬火冷却，所述淬火冷却为多阶段冷却，包括依次进行的高温区冷却、中温区冷却、低温区冷却和出炉冷却；。
所述高温区冷却为从淬火温度冷却至600℃，冷却速度为7～10℃/min；。
所述中温区冷却为从600℃冷却至400℃，冷却速度为3～5℃/min；。
所述低温区冷却为从400℃冷却至250℃，冷却速度为4～7℃/min，且大于所述中温区冷却的冷却速度；。
所述出炉冷却将经过所述低温区冷却的热作模具钢在大气中冷却至80～100℃；。
(3)将步骤(2)进行淬火冷却后的热作模具钢进行回火。
本发明将热作模具钢进行淬火保护后，加热至淬火温度1020～1030℃并保温，使所述热作模具钢充分奥氏体化。
本发明对所述热作模具钢的具体种类没有特别的要求，本领域熟知的热作模具钢均适用本发明的热处理方法。
在本发明中，所述淬火保护优选包括对热作模具钢进行的拐角部位保护、尖角处保护和孔径保护。
在本发明中，所述拐角部位保护的具体操作优选为：先用石棉塞住拐角部位的缝隙，再依次用石棉和铁皮对拐角部位进行整体覆盖。
在本发明具体实施例中，塞住拐角部位缝隙的石棉优选为碎石棉；对拐角部位进行整体覆盖的石棉优选为石棉被，所述石棉被的厚度优选为5mm；所述铁皮的厚度优选为2～3mm，包覆铁皮后可以防止上述石棉在淬火冷却时被吹走。
在本发明中，所述尖角处保护的具体操作优选为：依次用石棉和铁皮对所述尖角处进行覆盖；所述石棉优选为10mm厚的石棉被，所述铁皮的厚度优选为2～3mm。
在本发明中，所述孔径保护的具体操作优选为：用石棉将孔径垫满，再用石棉封住孔口；在本发明具体实施例中，将孔径垫满的石棉优选为碎石棉，封住孔口的石棉优选为1mm厚的石棉纸。
一般而言，压铸模具的形状复杂、体积和重量较大，经过机械粗加工后，会出现厚薄悬殊的情况，在淬火冷却时，由于厚薄不均，各部位冷却速度也不一样，极易造成变形过大甚至开裂，因此对模具各部位进行保护能够使模具在淬火冷却过程中各部位均匀冷却，减少变形和避免开裂。
完成淬火保护后，本发明将热作模具钢加热至淬火温度1020～1030℃并保温。
本发明通过保温使所述热作模具钢充分奥氏体化。
在本发明中，所述加热优选在高压真空炉中进行，即将完成淬火保护的热作模具钢放置于高压真空炉中再进行加热；根据热作模具的形状，所述放置的方式可以相应的采用平放或竖放；为监察和管理热作模具钢不同部位的温度变化，本发明还优选在所述热作模具钢的中心和各厚薄部位的内部插入热电偶；所述热电偶的总数量优选为5～8支。
在加热至淬火温度1020～1030℃之前，本发明还优选对淬火保护后的热作模具钢进行预热；所述预热优选包括依次进行的第一预热阶段和第二预热阶段；所述第一预热阶段的预热温度优选为650℃，保温时间优选根据热作模具钢的厚度来设置，以1.2min/mm(厚度)计算；所述第二预热阶段的预热温度优选为850℃，保温时间优选以1min/mm(厚度)计算。
预热后，升温至淬火温度1020～1030℃；在本发明中，在淬火温度下的保温时间优选以1.2min/mm(厚度)计算，然后根据所述热电偶实际监测的温度适当调整加热程序，以确保模具的各个部位在保温时间内都充分奥氏体化，为淬火冷却做好准备。
保温后，本发明将保温后的热作模具钢进行淬火冷却，所述淬火冷却为多阶段冷却，包括依次进行的高温区冷却、中温区冷却、低温区冷却和出炉冷却。
在本发明中，所述所述高温区冷却为从淬火温度冷却至600℃，冷却速度为7～10℃/min；本发明将高温冷却区的冷却速度控制在7～10℃/min，可以避免珠光体类型组织的形成，保证材料的机械性能。
在本发明中，所述中温区冷却为从600℃冷却至400℃，冷却速度为3～5℃/min；由于模具的厚薄悬殊，在高温冷却时，表面和心部的温差较大，本发明将中温冷却区的冷却速度控制在3～5℃/min，可以使模具的表面和心部的温差减小至100℃以内，以控制变形和避免开裂。
在本发明中，所述低温区冷却为从400℃冷却至250℃，冷却速度为4～7℃/min；本发明将低温冷却的冷却速度控制在4～7℃/min，可以快速通过马氏体转变点ms，得到马氏体组织，并避免贝氏体组织的形成。
在本发明中，所述高温区冷却、中温区冷却和低温区冷却的冷却速度均通过调整压力的大小和风机的转速来控制。
在本发明中，所述出炉冷却将经过所述低温区冷却的热作模具钢在大气中冷却至80～100℃；所述出炉冷却还优选包括校正，具体操作优选为：将经过低温区冷却的热作模具钢出炉，放在夹具上冷却，同时进行校正。
在本发明具体实施例中，采用的夹具由龙门架、平垫板和螺旋式顶杆组合而成，将出炉后的模具放入龙门架内，以龙门架的下面为支撑，先将不规则的型腔面用垫块垫平4个边角，模具钢底面放上平垫板，然后再以龙门架的上面为支撑放入螺旋式顶杆顶压在模具底面变形凸起的最高点，以平垫板为基准，旋转顶杆施加压力直至平垫板与模具底面全部贴合，然后让顶杆保持压力并冷却模具，使模具的各个厚薄部位能够在继续进行马氏体转变时，体积膨胀的部位能均匀地释放出热量，控制变形量。
热作模具淬火冷却速度越快，其冲击韧性越高，但过快的冷却速度容易造成变形过大和开裂，本发明在淬火冷却时采用多阶段冷却，对各个温度区域进行冷却速度管理，使热作模具钢以适当的冷却速度通过各个影响组织转变的温度区域，以获得最佳综合性能。
淬火冷却后，本发明将淬火冷却后的热作模具钢进行回火。
本发明优选将淬火冷却后的热作模具钢拆除夹具，然后装进回火炉进行回火。
在本发明中，所述回火的次数优选为3～4次；所述回火的温度和时间根据热作模具钢的硬度要求进行设定。
下面结合实施例对本发明提供的热作模具钢热处理方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
以热作模具钢dha-world为例，图1所示的汽车变速箱铝合金压铸模具，形状不规则、厚薄悬殊、尺寸又比较大(196×767×822mm)，采用如下步骤对该热作模具钢进行热处理：。
a、模具拐角部位保护：先用耐高温的保温石棉塞住拐角缝隙，再用5mm厚的石棉均匀覆盖整个拐角部位进行保温，最后用2mm厚铁皮包住；。
b、尖角处保护：用10mm厚的石棉直接护住尖角处，再用2mm厚铁皮包上；。
c、孔径保护：用石棉垫满，再用1mm厚石棉封住孔口。
2)装炉：将热作模具钢工件放置于高压真空炉中，并用6支热电偶插在模具的中心和均匀分布在各个厚薄部位的内部，以监察和管理模具不同部位的温度变化。
3)加热：分650℃和850℃两段预热，然后升温至淬火温度1030℃，保温时间240min，使整个模具的各个部位在保温时间内，都充分奥氏体化，为淬火冷却做好准备。
a、高温区1030～600℃：调整压力和风机转速频率，使得模具最厚中心部以平均冷速7.5℃/min的速度通过该温度区域，以避免珠光体组织的转变产物；。
b、中温区600～400℃：调整风机转速频率为最低或者“0”，冷速控制在4℃/min，使模具的表面和心部的温差减小至100℃以内，以控制变形；。
c、低温区400～250℃：6bar压力冷却，平均冷速达到4.4℃/min，以快速通过马氏体转变点ms，得到马氏体组织，并避免贝氏体组织的形成；。
d、出炉冷却：在中心部温度冷却至250℃以下，从真空炉内取出模具，放在特制的夹具上冷却，同时进行校正；该套夹具主要采用龙门架、平垫板和螺旋式顶杆组合而成，模具出炉后先将不规则的型腔面垫平，模具底面放上大型平垫板，然后再放入螺旋式顶杆，以平垫板为基准，旋转顶杆施加压力直至平垫板与模具底面全部贴合，然后让顶杆保持压力并冷却模具；模具温度冷却至80～100℃后，拆除夹具，将模具装进回火炉进行回火。
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那么以上的内容就是关于如何选择热作模具钢材的介绍了，一种热作模具钢热处理方法与流程是小编整理汇总而成，希望能给大家带来帮助。
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