一种控制和防止厚大断面718H预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺制造技术

本发明专利技术涉及金属材料热处理领域，具体为一种控制和防止厚大断面718H预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺。该方法具体步骤如下：厚度范围400～600mm的718H模块经870

【技术实现步骤摘要】
一种控制和防止厚大断面718H预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺


[0001]本专利技术涉及金属材料热处理领域，具体为一种控制和防止厚大断面718H预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺。

技术介绍

[0002]工业生产中，厚大断面718H塑料模具钢常使用油淬的方法进行冷却，在一定厚度范围可满足截面硬度均匀性的要求。但由于油淬严重污染环境，迫切需要一种新的淬火方式代替油淬以达到均匀化组织的效果。而常用的连续水淬工艺会造成718H模具钢发生应力开裂，风冷或喷水冷却又因冷却强度不足使模具钢心部易于出现显微硬度值较低的珠光体组织，影响材料截面硬度均匀性。对于厚大模块，在实际淬火冷却过程中会出现较多的问题。淬火温度QT通常设定在奥氏体化温度以上30℃～50℃，当模块表面温度淬火冷却至Ms点及以下温度时，心部温度仍可能处于珠光体相变区域。若此时将模块进行缓冷处理，心部可能会生成低硬度的珠光体组织。若模块表面温度淬火冷却至Ms点及以下温度时仍以较快冷速冷却，模块表面可能会由于相变应力过大而发生开裂。因此，模块淬火过程中应力分布问题也是考虑的重点。淬火应力主要包括因温度引起的热应力和因相变而引起的组织应力。若淬火后模块表面为拉应力时，则模块开裂的可能性大大增加。现阶段单一液体的淬火冷却曲线相对固定，优化空间较小。为获得理想的冷却曲线，需开发新型的模块淬火工艺。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种控制和防止厚大断面718H预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺，可缩小模块表层和心部的温差，减小热应力和组织应力，降低模块开裂的可能性。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：
[0005]一种控制和防止厚大断面718H预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺，包括以下步骤：
[0006](1)厚度范围400～600mm的718H预硬性塑料模具钢模块经870
±
10℃保温16h～24h的淬火处理，利用水空交替淬火工艺原则执行淬火冷却；
[0007](2)通过有限元模拟，确定不同模块最佳淬火工艺参数。
[0008]所述的控制和防止厚大断面718H预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺，步骤(1)中，厚大断面718H预硬性塑料模具钢的模块是经电炉冶炼、二次精炼、高温扩散退火及两次镦粗、三向锻造而成。
[0009]所述的控制和防止厚大断面718H预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺，步骤(2)中，有限元模拟利用Abaqus软件，利用实验获取材料热物性参数，包括剪切模量、弹性模量及泊松比、比热容及热导率、热膨胀系数及实测应力应变曲线；在淬火冷却过程中，材料内部非稳态热传递过程用傅立叶热传导方程进行描述；由于温度及微观组织的变化导致材
料受力过程发生改变，应力改变行为主要包括弹性变形和塑性变形。
[0010]所述的控制和防止厚大断面718H预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺，步骤(2)中，利用反传热法测量并计算718H预硬性塑料模具钢水和空气的表面换热系数。
[0011]所述的控制和防止厚大断面718H预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺，步骤(2)中，根据不同淬火热处理温度场及应力场模拟结果及分析结果，确定的模块淬火工艺参数，即860℃空冷400～600s至A1点，“水淬100～300s+空冷100～300s”循环，直至表面最终温度低于Ms点且心部冷速高于珠光体相变临界冷速；然后，空冷至室温。
[0012]所述的控制和防止厚大断面718H预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺，A1点为理想状态下发生平衡相变时温度，该温度为727℃。
[0013]所述的控制和防止厚大断面718H预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺，Ms点为马氏体转变开始温度，该温度为321℃。
[0014]所述的控制和防止厚大断面718H预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺，珠光体相变临界冷速为0.05℃/s。
[0015]本专利技术的设计思想是：
[0016]本专利技术对厚度范围400～600mm的模块经870
±
10℃保温16h～24h的淬火处理，利用水空交替淬火工艺原则执行淬火冷却；通过有限元模拟，确定模块最佳淬火工艺参数。通过分析指出，水空交替的复合淬火工艺可通过改变水淬和空冷的时间参数，理论上可获得介于连续水淬和空冷之间任意的淬火冷却能力。水空交替工艺是指在模块在水淬之后进行一段时间的空冷返温处理，利用模块心部与表面的温差进行热传递，使表面温度升高而进行自回火过程，可有效的缓解表面局部应力集中和增加其韧性。本专利技术提供的热处理工艺，可缩小模块表层和心部的温差，减小热应力和组织应力，降低模块开裂的可能性。并为后续回火处理后截面硬度均匀性提供支撑。
[0017]本专利技术的优点及有益效果是：
[0018]如图1所示，理想材料危险区域的淬火冷却曲线示意图，可利用水空交替淬火工艺模拟其冷却过程，理想材料危险区域淬火冷却过程可分为以下三个阶段：
[0019]第一阶段为缓冷过程，即从淬火温度QT空冷至A1点(理想状态下发生平衡相变时温度)，旨在减少热应力。第二阶段的温度范围约在A1～Ms点，可采用水空交替淬火工艺处理。该阶段为保证模块心部淬硬需求，选取的水冷时间t
‑
water与空冷时间t
‑
air的比值应较大。第三阶段，当模块危险区域温度低于Ms点时，因考虑马氏体相变应力的影响，选取的水冷时间t
‑
water与空冷时间t
‑
air的比值应较小，即延长空冷时间，减少相变残余应力。关于最终温度的选择，要求模块表面最终温度应低于Ms点且心部冷速高于珠光体相变临界冷速(0.05℃/s)时进行空冷处理并及时回火。对于厚大断面718H模具钢的淬火组织预测，表层组织应为马氏体，次表层和心部组织应为下贝氏体或上贝氏体。
[0020]关于水空交替淬火工艺空冷返温阶段使模块韧性提高的原因可总结为以下两个方面。其一，马氏体基体在自回火过程时有部分的C原子析出形成碳化物，使基体的位错密度降低，增加了材料的韧性。其二，空冷返温可使基体的C原子由马氏体扩散至残余奥氏体之中，一定程度增加了残余奥氏体稳定性，可有效地抑制裂纹扩展，提高材料的韧性。根据本专利技术研制的厚大断面718H预硬性塑料模具钢模块经水空交替淬火处理后，可缩小模块表层和心部的温差，减小热应力和组织应力，满足残余应力小于抗拉强度的要求，降低模块开
裂的可能性。满足实际生产需求，具有显著的社会及经济效益。
附图说明
[0021]图1为理想淬火冷却曲线示意图。图中，Water quenching代表水淬淬火，Ideal cooling cure代表理想冷却固化，t
‑
water/t
‑
air代表水冷时间/空冷时间，Air
‑
cooled代表空冷。横坐标Times代表时间(s)，纵坐标Temperature代表温度(℃)。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种控制和防止厚大断面718H预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)厚度范围400～600mm的718H预硬性塑料模具钢模块经870
±
10℃保温16h～24h的淬火处理，利用水空交替淬火工艺原则执行淬火冷却；(2)通过有限元模拟，确定不同模块最佳淬火工艺参数。2.根据权利要求1所述的控制和防止厚大断面718H预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺，其特征在于，步骤(1)中，厚大断面718H预硬性塑料模具钢的模块是经电炉冶炼、二次精炼、高温扩散退火及两次镦粗、三向锻造而成。3.根据权利要求1所述的控制和防止厚大断面718H预硬性塑料模具钢淬火开裂的热处理工艺，其特征在于，步骤(2)中，有限元模拟利用Abaqus软件，利用实验获取材料热物性参数，包括剪切模量、弹性模量及泊松比、比热容及热导率、热膨胀系数及实测应力应变曲线；在淬火冷却过程中，材料内部非稳态热传递过程用傅立叶热传导方程进行描述；由于温度及微观组织的变化导致材料受力过程发生改变，应力改变行为主要包括弹性变形和塑性变形。4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：方明远，张岳洪，张哲辉，黄侃，王坚民，张文杰，姚林华，
申请(专利权)人：安徽林洪重工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：