一种提高模具钢组织性能均质性的热处理工艺优化方法技术

本发明专利技术公开了一种提高模具钢组织性能均质性的热处理工艺优化方法，属于模具钢热处理技术领域，该方法基于数值模拟方法对模具钢热处理各个阶段的工艺参数进行全面优化，与现有技术中采用经验总结的方法获取热处理工艺参数相比，不但可以科学合理地确定正火、球化退火和回火各个阶段的温度、时间和冷却方法，而且可以有效降低实验次数、缩短工艺周期、提高锻件微观组织和力学性能分布的均匀性程度。锻件微观组织和力学性能分布的均匀性程度。锻件微观组织和力学性能分布的均匀性程度。

【技术实现步骤摘要】
一种提高模具钢组织性能均质性的热处理工艺优化方法


[0001]本专利技术属于模具钢热处理
，具体为一种提高模具钢组织性能均质性的热处理工艺优化方法。

技术介绍

[0002]55NiCrMoV7是一种典型的热作模具钢，其在高温下具有较高的硬度、强度、韧性，良好的抗冲击性和回火稳定性，以及尺寸稳定性，主要用于制造再结晶温度以上的固态金属或高温液态金属压制成形的模具，目前在我国航空航天、汽车制造等领域得到了广泛应用。55NiCrMoV7钢锭一般要经过多火次、多道次自由锻成形各种形状的锻坯。由于锻造过程的不均匀变形，锻坯的晶粒尺寸、形貌和各种相体积分数分布十分不均匀，而且局部区域还存在严重的偏析和混晶缺陷。这种微观组织不均匀性和缺陷对锻件的力学性能和服役寿命有重要影响。因此，55NiCrMoV7模具钢像其它模具钢一样，一般要经过高温正火、球化退火和回火等一系列热处理。这种热处理工艺在一定程度上可以消除锻件的残余应力，但是目前采用的工艺流程、保温温度、时间和冷却方式主要基于经验而定，其并非是最优选最科学，而且热处理后锻件微观组织不均匀分布问题仍然严重。如何通过改进工艺来提高模具钢热处理微观组织均匀性问题，是当前亟需解决的难题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种提高模具钢组织性能均质性的热处理工艺优化方法。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种提高模具钢组织性能均质性的热处理工艺优化方法，包括如下步骤：
[0005]1.数值模拟平台搭建：/>[0006]1.1基于Deform模拟软件，建立55NiCrMoV7模具钢热处理宏观有限元模型；
[0007]1.2建立55NiCrMoV7模具钢热处理微观组织演化模型，这些模型包括：
[0008]1)、保温阶段奥氏体晶粒长大模型：
[0009](奥氏体晶粒长大模型)；
[0010]其中：d为平均奥氏体晶粒直径(单位为微米)，
[0011]d0为初始奥氏体晶粒直径(单位为微米)，
[0012]n为奥氏体晶粒长大指数(取值范围1～3)，为无量纲单位，
[0013]t,t0分别为时间和初始时间，K为时间系数；
[0014]2)、炉冷过程奥氏体
→
珠光体的相变模型：
[0015](奥氏体
→
珠光体的相变模型)，
[0016]其中：f
F
为珠光体体积分数；β
F
为珠光体转化系数；n
F
为珠光体转化指数；
[0017]3)、空冷过程奥氏体
→
贝氏体的相变模型：
[0018](奥氏体
→
贝氏体的相变模型)，
[0019]其中：f
B
为贝氏体体积分数；β
B
为贝氏体转化系数；n
B
为贝氏体转化指数；
[0020]4)、水冷或油冷过程奥氏体
→
马氏体的相变模型：
[0021]f
M
＝1
‑
exp(
‑
β
M
(M
s
‑
T))(奥氏体
→
马氏体的相变模型)，
[0022]其中：f
M
为马氏体体积分数，β
M
为马氏体转化系数，T为温度，Ms为马氏体转变开始温度；
[0023]1.3编译用户子程序，将步骤1.1与1.2耦合，实现55NiCrMoV7模具钢热处理宏微观耦合多尺度数值模拟平台搭建；
[0024]2.数值模拟平台可靠性验证：
[0025]2.1基于数值模拟平台对55NiCrMoV7模具钢热处理过程正火、球化退火和回火各个阶段的温度、晶粒尺寸和相体积分数进行预测；
[0026]2.2开展与2.1相同工艺条件的55NiCrMoV7模具钢热处理，测得与2.1相同条件下的温度、晶粒尺寸和相体积分数；
[0027]2.3将2.1预测的结果与2.2实验测得的结果进行对比分析，校核并验证建立数值模拟平台的可靠性；
[0028]3.热处理工艺优化：
[0029]3.1以奥氏体颗粒直径、奥氏体体积分数f
A
、珠光体体积分数f
F
、贝氏体体积分数f
B
、马氏体体积分数f
M
均匀分布为目标，通过数值模拟技术对热处理正火阶段的温度、保温时间和冷却方式进行优化，得到最优正火工艺参数；
[0030]3.2以奥氏体颗粒直径、奥氏体体积分数f
A
、珠光体体积分数f
F
、贝氏体体积分数f
B
、马氏体体积分数f
M
均匀分布为目标，通过数值模拟技术，对球化退火的温度、保温时间和冷却方式进行优化，得到最优球化退火工艺参数；
[0031]3.3以奥氏体颗粒直径、奥氏体体积分数f
A
、珠光体体积分数f
F
、贝氏体体积分数f
B
、马氏体体积分数f
M
均匀分布为目标，通过数值模拟技术，对回火的温度、保温时间和冷却方式进行优化，得到最优回火工艺参数。
[0032]有益效果：
[0033]本专利技术提出一种基于数值模拟方法对模具钢热处理各个阶段(正火阶段、球化退火阶段、回火阶段)的工艺参数(温度、时间和冷却方式)进行全面优化的方法，与现有技术中采用经验总结(等同于采用实验)的方法获取热处理工艺参数相比，不但可以科学合理地确定正火、球化退火和回火各个阶段的温度、时间和冷却方法，而且可以有效降低实验次数、缩短工艺周期、提高锻件微观组织和力学性能分布的均匀性程度。
附图说明
[0034]图1为55NiCrMoV7模具钢组织性能均质性的热处理优化方法流程图；
[0035]图2为φ60
×
200mm规格55NiCrMoV7模具钢热处理宏微观耦合有限元模型；
[0036]图3为φ60
×
200mm规格55NiCrMoV7模具钢截面位置点示意图；
[0037]图4为φ60
×
200mm规格55NiCrMoV7模具钢组织性能均质性的热处理优化前后对比；
[0038]图5为φ60mm
×
200mm规格的55NiCrMoV7模具钢组织性能均质性的热处理优化后截面硬度和晶粒尺寸分布；
[0039]图6为400mm
×
2000mm
×
3000mm规格55NiCrMoV7模具钢热处理宏微观耦合有限元模型；
[0040]图7为400mm
×
2000mm
×
3000mm规格55NiCrMoV7模具钢截面位置点示意图；
[0041]图8为400mm
×...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高模具钢组织性能均质性的热处理工艺优化方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：数值模拟平台搭建：S1.1基于Deform模拟软件，建立55NiCrMoV7模具钢热处理宏观有限元模型；S1.2建立55NiCrMoV7模具钢热处理微观组织演化模型，这些模型包括：1)、保温阶段奥氏体晶粒长大模型：(奥氏体晶粒长大模型)；其中：d为平均奥氏体晶粒直径(单位为微米)，d0为初始奥氏体晶粒直径(单位为微米)，n为奥氏体晶粒长大指数(取值范围1～3)，为无量纲单位，t,t0分别为时间和初始时间，K为时间系数；2)、炉冷过程奥氏体
→
珠光体的相变模型：(奥氏体
→
珠光体的相变模型)，其中：f
F
为珠光体体积分数；β
F
为珠光体转化系数；n
F
为珠光体转化指数；3)、空冷过程奥氏体
→
贝氏体的相变模型：(奥氏体
→
贝氏体的相变模型)，其中：f
B
为贝氏体体积分数；β
B
为贝氏体转化系数；n
B
为贝氏体转化指数；4)、水冷或油冷过程奥氏体
→
马氏体的相变模型：f
M
＝1
‑
exp(
‑
β
M
(M
s
‑
T))(奥氏体
→
马氏体的相变模型)，其中：f
M
为马氏体体积分数，β
M
为马氏体转化系数，T为温度，Ms...

【专利技术属性】
技术研发人员：禹兴胜，石如星，武川，元亚莎，汪雨昌，殷立涛，张玉栋，黄志恒，张沛，张广威，刘旺，胡振志，陈朝阳，梁贤淑，王九花，王敬伟，
申请(专利权)人：中信重工机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：