本发明专利技术涉及一种用于塑料制品制造的大型预硬型模具钢模块组织控制方法，属合金钢热处理金相组织结构控制技术领域。本发明专利技术针对多种中碳铬锰钼或含有少量铜、镍、铝、硼等元素制成的大型预硬型塑料模具钢，在其钢锭锻造成模块后根据钢材的相变特性进行控制冷却，然后在低温炉中保温，使模块中的奥氏体发生充分转变；将模块以适当速度再次加热完全奥氏体化后进行控制冷却；当模块表面降至３５０～２００℃后缓冷，从而获得贝氏体或者贝氏体加马氏体的混合组织，晶粒大小５～８级。最后在３００～６００℃温度范围内进行回火，调整硬度至２８～３８ＨＲＣ范围内，截面硬度差小于±２ＨＲＣ。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于塑料制品制造的大型预硬型模具钢模块组织控制方法，属合金钢热处理金相组织结构控制
技术介绍
预硬型塑料模具钢一般是在含碳0. 2 0. 5wt^中低碳钢的基础上加入适量的 Cr、 Mn、 Mo等合金元素进行合金化，有的也添加有Cu、 Ni、 Al、 B等合金元素，目前国内外广 泛应用的有3Cr2MnMo、3Cr2NiMnMo和10Ni2MnCuAl等。预硬型塑料模具钢一般采用的制造 方法是在钢锭锻打制成模块后，经淬火获得马氏体或者马氏体+见氏体组织，最后回火调 整硬度在28-38HRC的范围，以便机械加工制作模具。 制造大型预硬型塑料模具钢需要大型钢锭，由于钢锭巨大，其凝固组织偏析严重， 锻造加工、组织控制技术难度大，容易出现粗晶、微裂纹等缺陷，而且粗大的组织会造成生 产过程中无损检测可靠性降低，在传统的预硬化淬火热处理时孔隙性缺陷还容易延伸扩 展，造成废品。 潘健生等人的专利(专利号200410017025. 9)"模具钢的贝氏体淬火方法"，对于 中碳、铬、镍、锰、铝预硬型塑料模具钢工件，提出在奥氏体化后进行空冷或相当于空冷冷却 速度的氮气气氛中进行冷却，使工件表面和心部均在40(TC先后发生转变获得贝氏体组织， 并获得在40± 1HRC范围内的硬度。此方法预硬化后可获得贝氏体组织，工艺性良好，但未 涉及模块锻后组织控制。 刘宗昌等人在"718塑料模具钢的组织和预硬化处理"(《特殊钢》，2002年4月， Vol. 23. No. 2 :43 45)文中指出，有效厚度为100 500mm718钢锻轧后的模块油淬难以 淬透，，得到马氏体+贝氏体组织，或完全为贝氏体组织，淬火马氏体经过回火得到的回火 托氏体组织均匀细小，而淬火贝氏体的回火组织较粗大，影响模具的加工和使用性能。 以上文献分别提出一种模具钢的贝氏体淬火方法和贝氏体回火组织晶粒粗大的 特征。而对于有效尺寸大于200mm的大型塑料模具钢，淬火一般获得贝氏体或者马氏体+ 贝氏体混合组织。本专利技术根据塑料模具钢的相变特性，通过对模块锻后冷却速度、二次奥氏 体化加热速度和冷却过程等各环节的控制实现晶粒大小、微观组织和力学性能的控制。
技术实现思路
本专利技术的目地在于提供一种用于塑料制品制造的大型预硬型模具钢模块组织控 制方法。 本专利技术针对大型塑料模具钢，在其钢锭锻造成模块后根据钢材的相变特性进行控 制冷却，然后在低温炉中保温，使模块中的奥氏体发生充分转变。 将模块以适当速度再次加热完全奥氏体化后进行控制冷却，避免高温铁素体和珠 光体的析出。当模块表面降至350 20(TC后缓冷，从而获得贝氏体或者贝氏体+马氏体混 合组织，晶粒大小5 8级。 最后根据需要，在300 60(TC温度范围内进行回火，调整模块硬度至28 38HRC 范围内，截面硬度差小于士2HRC。 本专利技术一种大型预硬型模具钢模块组织控制方法，其特征在于具有以下的过程和 步骤 (1)将塑料模具钢钢锭入炉加热，加热温度1180 125(TC，保温时间控制在 1. 5-2. 2D小时(D 二截面厚度mm/100mm);模块截面越厚、越宽，系数取上限；保温结束后在 1150 90(TC温度范围内，采用两镦两拔工艺锻造成模块； (2)锻造完毕，模块置于垫块上控制冷却，在设定的温控点为准，其冷却速度控制 在30 80°C /h，锻后使大模块以较快冷速冷却，以抑制奥氏体晶粒长大，并避开高温铁素 体和珠光体析出；当温控点温度降至380 33(TC后控制冷速在20 50°C /h下冷却。温 控点温度降至300 25(TC后，将模块装入温度为250 350°C的加热炉内，保温时间0. 3 0. 6D小时，以减小模块心部和表面温度差，减缓组织应力，确保心部奥氏体完全转变； (3)保温结束后进行升温，在模块表面温控点温度达到75(TC之前，采用较慢加热 速度，在40 70°C /h之间，以减缓热应力；根据塑料模具钢加热速度与晶粒大小的关系， 在75(TC 奥氏体化温度之间采用较快速度80 150°C /h进行加热，控制奥氏体晶粒的长 大；奥氏体化温度一般在820°C 92(TC之间.保温时间1. 5 2. 5D小时； (4)保温结束后取出模块控制冷却，表面温控点冷却速度控制在40 IO(TC /h，温 度降至380 33(TC后控制冷速在20 50°C /h，直至表面温控点温度降至250 200°C， 然后缓冷；从而获得贝氏体和马氏体组织； (5)根据钢材特性和目标硬度进行模块最终回火处理，温度控制在300 60(TC之 间，回火时间2 4D，晶粒大小5 8级，回火后硬度范围在28 38HRC，截面硬度差小于 士2HRC。 与传统预硬化塑料模具钢制造工艺相比，本专利技术根据塑料模具钢的相变特性，通 过对模块锻后冷速、二次奥氏体化加热速度和冷却过程等各环节的控制实现晶粒大小、微 观组织和力学性能的控制。本方法工艺稳定好，降低了模块制造过程中出现微裂纹、粗晶、 不合理变形等风险。 本专利技术中所涉及的大型预硬型塑料模具钢为含碳0.2 0.5wt^的并含有Cr、Mn、 Mo的合金钢，或含有Ni、Mo、 Cu、 Al、的合金钢，也即是3Cr2MnMo、3Cr2NiMnMo、 10Ni2MnCuAl 预硬型塑料模具钢；合金钢模块的尺寸为200 1200mmX 500 1500mmX 1500 5000mm(厚X宽X长)，重量为5 30吨。附图说明 图1为本专利技术中大型塑料模具钢模块预设定的测温控制点，也即温控点的位置示 意图。 图2为本专利技术中3Cr2NiMnMo钢奥氏体晶粒尺寸和加热速度的关系曲线图。 图3为本专利技术中3Cr2MnMo和3Cr2NiMnMo塑料模具钢淬火所得贝氏体组织的金相 照片图。具体实施方式 现将本专利技术的具体实施例叙述与后。 实施例1 :3Cr2NiMnMo大型预硬型塑料模具钢模块，外形尺寸为 1020mm(厚)X 1220mm(宽)X2620mm(长)，锻造后控制强风冷却6小时，温控点降至350°C 后空冷，温度控制点温度降至250°C时，进入350°C台车式燃气炉内保温6小时后进行加热， 加热速度50°C /h，温控点温度75(TC后加热速度IO(TC /h，在88(TC保温15小时奥氏体化。 保温结束后吊出台车，强风冷却5小时，温度控制点温度降至35(TC后空冷至室 温。随后56(TC保温30小时进行回火；最终调整模块表面硬度为33士2HRC，晶粒大小为6-7 级。 实施例2 :3Cr2MnMo大型预硬型塑料模具钢模块，外形尺寸为 300mm(厚)X 790mm(宽)X 3500 (长)mm，锻造后控制强风冷却4小时，温控点降至350。C后 空冷，温度控制点温度降至250°C时，进入350°C台车式燃气炉内保温5小时后进行加热，加 热速度50°C /h，温控点温度75(TC后加热速度IO(TC /h，在89(TC保温13小时奥氏体化。 保温结束后吊出台车，强风冷却4小时，温度控制点温度降至35(TC后空冷至室 温。随后56(TC保温24小时进行回火；最终调整模块表面硬度为30士2HRC，晶粒大小为7-8 级。 实施例3 :10Ni2MnCuAl大型预硬型塑本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种大型预硬型塑料模具钢模块组织控制方法，其特征在于具有以下的过程和步骤： （１）将塑料模具钢钢锭入炉加热，加热温度１１８０～１２５０℃，保温时间控制在１．５－２．２Ｄ小时（Ｄ＝截面厚度ｍｍ／１００ｍｍ）；模块截面越厚、越宽，系数取上限；保温结束后在１１５０～９００℃温度范围内，采用两镦两拔工艺锻造成模块； （２）锻造完毕，模块置于垫块上控制冷却，在设定的温控点为准，其冷却速度控制在３０～８０℃／ｈ，锻后使大模块以较快冷速冷却，以抑制奥氏体晶粒长大，并避开高温铁素体和珠光体析出；当温控点温度降至３８０～３３０℃后控制冷速在２０～５０℃／ｈ下冷却。温控点温度降至３００～２５０℃后，将模块装入温度为２５０～３５０℃的加热炉内，保温时间０．３～０．６Ｄ小时，以减小模块心部和表面温度差，减缓组织应力，确保心部奥氏体完全转变； （３）保温结束后进行升温，在模块表面温控点温度达到７５０℃之前，采用较慢加热速度，在４０～７０℃／ｈ之间，以减缓热应力；根据塑料模具钢加热速度与晶粒大小的关系，在７５０℃～奥氏体化温度之间采用较快速度８０～１５０℃／ｈ进行加热，控制奥氏体晶粒的长大；奥氏体化温度一般在８２０℃～９２０℃之间．保温时间１．５～２．５Ｄ小时； （４）保温结束后取出模块控制冷却，表面温控点冷却速度控制在４０～１００℃／ｈ，温度降至３８０～３３０℃后控制冷速在２０～５０℃／ｈ，直至表面温控点温度降至２５０～２００℃，然后缓冷；从而获得贝氏体和马氏体组织； （５）根据钢材特性和目标硬度进行模块最终回火处理，温度控制在３００～６００℃之间，回火时间２～４Ｄ，晶粒大小５～８级，回火后硬度范围在２８～３８ＨＲＣ，截面硬度差小于±２ＨＲＣ。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓春，党卫东，吴俊，闵永安，汪宏斌，图而兴，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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