專利名稱：大型預(yù)硬型塑料模具鋼模塊組織控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于塑料制品制造的大型預(yù)硬型模具鋼模塊組織控制方法，屬合
金鋼熱處理金相組織結(jié)構(gòu)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
預(yù)硬型塑料模具鋼一般是在含碳0. 2 0. 5wt^中低碳鋼的基礎(chǔ)上加入適量的 Cr、 Mn、 Mo等合金元素進(jìn)行合金化，有的也添加有Cu、 Ni、 Al、 B等合金元素，目前國內(nèi)外廣 泛應(yīng)用的有3Cr2MnMo、3Cr2NiMnMo和10Ni2MnCuAl等。預(yù)硬型塑料模具鋼一般采用的制造 方法是在鋼錠鍛打制成模塊后，經(jīng)淬火獲得馬氏體或者馬氏體+見氏體組織，最后回火調(diào) 整硬度在28-38HRC的范圍，以便機(jī)械加工制作模具。 制造大型預(yù)硬型塑料模具鋼需要大型鋼錠，由于鋼錠巨大，其凝固組織偏析嚴(yán)重， 鍛造加工、組織控制技術(shù)難度大，容易出現(xiàn)粗晶、微裂紋等缺陷，而且粗大的組織會造成生 產(chǎn)過程中無損檢測可靠性降低，在傳統(tǒng)的預(yù)硬化淬火熱處理時(shí)孔隙性缺陷還容易延伸擴(kuò) 展，造成廢品。 潘健生等人的專利(專利號200410017025. 9)"模具鋼的貝氏體淬火方法"，對于 中碳、鉻、鎳、錳、鋁預(yù)硬型塑料模具鋼工件，提出在奧氏體化后進(jìn)行空冷或相當(dāng)于空冷冷卻 速度的氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行冷卻，使工件表面和心部均在40(TC先后發(fā)生轉(zhuǎn)變獲得貝氏體組織， 并獲得在40± 1HRC范圍內(nèi)的硬度。此方法預(yù)硬化后可獲得貝氏體組織，工藝性良好，但未 涉及模塊鍛后組織控制。 劉宗昌等人在"718塑料模具鋼的組織和預(yù)硬化處理"(《特殊鋼》，2002年4月， Vol. 23. No. 2 :43 45)文中指出，有效厚度為100 500mm718鋼鍛軋后的模塊油淬難以 淬透，，得到馬氏體+貝氏體組織，或完全為貝氏體組織，淬火馬氏體經(jīng)過回火得到的回火 托氏體組織均勻細(xì)小，而淬火貝氏體的回火組織較粗大，影響模具的加工和使用性能。
以上文獻(xiàn)分別提出一種模具鋼的貝氏體淬火方法和貝氏體回火組織晶粒粗大的 特征。而對于有效尺寸大于200mm的大型塑料模具鋼，淬火一般獲得貝氏體或者馬氏體+ 貝氏體混合組織。本發(fā)明根據(jù)塑料模具鋼的相變特性，通過對模塊鍛后冷卻速度、二次奧氏 體化加熱速度和冷卻過程等各環(huán)節(jié)的控制實(shí)現(xiàn)晶粒大小、微觀組織和力學(xué)性能的控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目地在于提供一種用于塑料制品制造的大型預(yù)硬型模具鋼模塊組織控 制方法。 本發(fā)明針對大型塑料模具鋼，在其鋼錠鍛造成模塊后根據(jù)鋼材的相變特性進(jìn)行控 制冷卻，然后在低溫爐中保溫，使模塊中的奧氏體發(fā)生充分轉(zhuǎn)變。 將模塊以適當(dāng)速度再次加熱完全奧氏體化后進(jìn)行控制冷卻，避免高溫鐵素體和珠 光體的析出。當(dāng)模塊表面降至350 20(TC后緩冷，從而獲得貝氏體或者貝氏體+馬氏體混 合組織，晶粒大小5 8級。
最后根據(jù)需要，在300 60(TC溫度范圍內(nèi)進(jìn)行回火，調(diào)整模塊硬度至28 38HRC 范圍內(nèi)，截面硬度差小于士2HRC。 本發(fā)明一種大型預(yù)硬型模具鋼模塊組織控制方法，其特征在于具有以下的過程和 步驟 (1)將塑料模具鋼鋼錠入爐加熱，加熱溫度1180 125(TC，保溫時(shí)間控制在 1. 5-2. 2D小時(shí)(D 二截面厚度mm/100mm);模塊截面越厚、越寬，系數(shù)取上限；保溫結(jié)束后在 1150 90(TC溫度范圍內(nèi)，采用兩鐓兩拔工藝鍛造成模塊； (2)鍛造完畢，模塊置于墊塊上控制冷卻，在設(shè)定的溫控點(diǎn)為準(zhǔn)，其冷卻速度控制 在30 80°C /h，鍛后使大模塊以較快冷速冷卻，以抑制奧氏體晶粒長大，并避開高溫鐵素 體和珠光體析出；當(dāng)溫控點(diǎn)溫度降至380 33(TC后控制冷速在20 50°C /h下冷卻。溫 控點(diǎn)溫度降至300 25(TC后，將模塊裝入溫度為250 350°C的加熱爐內(nèi)，保溫時(shí)間0. 3 0. 6D小時(shí)，以減小模塊心部和表面溫度差，減緩組織應(yīng)力，確保心部奧氏體完全轉(zhuǎn)變；
(3)保溫結(jié)束后進(jìn)行升溫，在模塊表面溫控點(diǎn)溫度達(dá)到75(TC之前，采用較慢加熱 速度，在40 70°C /h之間，以減緩熱應(yīng)力；根據(jù)塑料模具鋼加熱速度與晶粒大小的關(guān)系， 在75(TC 奧氏體化溫度之間采用較快速度80 150°C /h進(jìn)行加熱，控制奧氏體晶粒的長 大；奧氏體化溫度一般在820°C 92(TC之間.保溫時(shí)間1. 5 2. 5D小時(shí)；
(4)保溫結(jié)束后取出模塊控制冷卻，表面溫控點(diǎn)冷卻速度控制在40 IO(TC /h，溫 度降至380 33(TC后控制冷速在20 50°C /h，直至表面溫控點(diǎn)溫度降至250 200°C， 然后緩冷；從而獲得貝氏體和馬氏體組織； (5)根據(jù)鋼材特性和目標(biāo)硬度進(jìn)行模塊最終回火處理，溫度控制在300 60(TC之 間，回火時(shí)間2 4D，晶粒大小5 8級，回火后硬度范圍在28 38HRC，截面硬度差小于 士2HRC。 與傳統(tǒng)預(yù)硬化塑料模具鋼制造工藝相比，本發(fā)明根據(jù)塑料模具鋼的相變特性，通 過對模塊鍛后冷速、二次奧氏體化加熱速度和冷卻過程等各環(huán)節(jié)的控制實(shí)現(xiàn)晶粒大小、微 觀組織和力學(xué)性能的控制。本方法工藝穩(wěn)定好，降低了模塊制造過程中出現(xiàn)微裂紋、粗晶、 不合理變形等風(fēng)險(xiǎn)。 本發(fā)明中所涉及的大型預(yù)硬型塑料模具鋼為含碳0.2 0.5wt^的并含有Cr、Mn、 Mo的合金鋼，或含有Ni、Mo、 Cu、 Al、的合金鋼，也即是3Cr2MnMo、3Cr2NiMnMo、 10Ni2MnCuAl 預(yù)硬型塑料模具鋼；合金鋼模塊的尺寸為200 1200mmX 500 1500mmX 1500 5000mm(厚X寬X長)，重量為5 30噸。


圖1為本發(fā)明中大型塑料模具鋼模塊預(yù)設(shè)定的測溫控制點(diǎn)，也即溫控點(diǎn)的位置示 意圖。 圖2為本發(fā)明中3Cr2NiMnMo鋼奧氏體晶粒尺寸和加熱速度的關(guān)系曲線圖。
圖3為本發(fā)明中3Cr2MnMo和3Cr2NiMnMo塑料模具鋼淬火所得貝氏體組織的金相 照片圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述與后。 實(shí)施例1 :3Cr2NiMnMo大型預(yù)硬型塑料模具鋼模塊，外形尺寸為 1020mm(厚)X 1220mm(寬)X2620mm(長)，鍛造后控制強(qiáng)風(fēng)冷卻6小時(shí)，溫控點(diǎn)降至350°C 后空冷，溫度控制點(diǎn)溫度降至250°C時(shí)，進(jìn)入350°C臺車式燃?xì)鉅t內(nèi)保溫6小時(shí)后進(jìn)行加熱， 加熱速度50°C /h，溫控點(diǎn)溫度75(TC后加熱速度IO(TC /h，在88(TC保溫15小時(shí)奧氏體化。
保溫結(jié)束后吊出臺車，強(qiáng)風(fēng)冷卻5小時(shí)，溫度控制點(diǎn)溫度降至35(TC后空冷至室 溫。隨后56(TC保溫30小時(shí)進(jìn)行回火；最終調(diào)整模塊表面硬度為33士2HRC，晶粒大小為6-7 級。 實(shí)施例2 :3Cr2MnMo大型預(yù)硬型塑料模具鋼模塊，外形尺寸為 300mm(厚)X 790mm(寬)X 3500 (長)mm，鍛造后控制強(qiáng)風(fēng)冷卻4小時(shí)，溫控點(diǎn)降至350。C后 空冷，溫度控制點(diǎn)溫度降至250°C時(shí)，進(jìn)入350°C臺車式燃?xì)鉅t內(nèi)保溫5小時(shí)后進(jìn)行加熱，加 熱速度50°C /h，溫控點(diǎn)溫度75(TC后加熱速度IO(TC /h，在89(TC保溫13小時(shí)奧氏體化。
保溫結(jié)束后吊出臺車，強(qiáng)風(fēng)冷卻4小時(shí)，溫度控制點(diǎn)溫度降至35(TC后空冷至室 溫。隨后56(TC保溫24小時(shí)進(jìn)行回火；最終調(diào)整模塊表面硬度為30士2HRC，晶粒大小為7-8 級。 實(shí)施例3 :10Ni2MnCuAl大型預(yù)硬型塑料模具鋼模塊，外形尺寸為 1100mm (厚)X 1120mm (寬)X 2600mm (長)，鍛造后控制強(qiáng)風(fēng)冷卻8小時(shí)，溫控點(diǎn)降至350。C 后空冷，溫度控制點(diǎn)溫度降至250°C時(shí)，進(jìn)入350°C臺車式燃?xì)鉅t內(nèi)保溫7小時(shí)后進(jìn)行加熱， 加熱速度50°C /h，溫控點(diǎn)溫度75(TC后加熱速度IO(TC /h，在88(TC保溫18小時(shí)奧氏體化。
保溫結(jié)束后吊出臺車，強(qiáng)風(fēng)冷卻6小時(shí)，溫度控制點(diǎn)溫度降至35(TC后空冷至室 溫。隨后56(TC保溫33小時(shí)進(jìn)行回火；最終調(diào)整模塊表面硬度為36士2HRC，晶粒大小為7-8 級。 關(guān)于本發(fā)明實(shí)施例中所述的溫控點(diǎn)的位置，可參見附圖中圖l所示的位置。關(guān) 于3Cr2NiMnMo模具鋼奧氏體晶粒尺寸和加熱速度的關(guān)系可將圖2.關(guān)于3Cr2MnMo和 3Cr2NiMnMo塑料模具鋼淬火所得貝氏體組織可見參見圖3的金相照片圖。
權(quán)利要求
一種大型預(yù)硬型塑料模具鋼模塊組織控制方法，其特征在于具有以下的過程和步驟(1)將塑料模具鋼鋼錠入爐加熱，加熱溫度1180～1250℃，保溫時(shí)間控制在1.5-2.2D小時(shí)(D＝截面厚度mm/100mm)；模塊截面越厚、越寬，系數(shù)取上限；保溫結(jié)束后在1150～900℃溫度范圍內(nèi)，采用兩鐓兩拔工藝鍛造成模塊；(2)鍛造完畢，模塊置于墊塊上控制冷卻，在設(shè)定的溫控點(diǎn)為準(zhǔn)，其冷卻速度控制在30～80℃/h，鍛后使大模塊以較快冷速冷卻，以抑制奧氏體晶粒長大，并避開高溫鐵素體和珠光體析出；當(dāng)溫控點(diǎn)溫度降至380～330℃后控制冷速在20～50℃/h下冷卻。溫控點(diǎn)溫度降至300～250℃后，將模塊裝入溫度為250～350℃的加熱爐內(nèi)，保溫時(shí)間0.3～0.6D小時(shí)，以減小模塊心部和表面溫度差，減緩組織應(yīng)力，確保心部奧氏體完全轉(zhuǎn)變；(3)保溫結(jié)束后進(jìn)行升溫，在模塊表面溫控點(diǎn)溫度達(dá)到750℃之前，采用較慢加熱速度，在40～70℃/h之間，以減緩熱應(yīng)力；根據(jù)塑料模具鋼加熱速度與晶粒大小的關(guān)系，在750℃～奧氏體化溫度之間采用較快速度80～150℃/h進(jìn)行加熱，控制奧氏體晶粒的長大；奧氏體化溫度一般在820℃～920℃之間.保溫時(shí)間1.5～2.5D小時(shí)；(4)保溫結(jié)束后取出模塊控制冷卻，表面溫控點(diǎn)冷卻速度控制在40～100℃/h，溫度降至380～330℃后控制冷速在20～50℃/h，直至表面溫控點(diǎn)溫度降至250～200℃，然后緩冷；從而獲得貝氏體和馬氏體組織；(5)根據(jù)鋼材特性和目標(biāo)硬度進(jìn)行模塊最終回火處理，溫度控制在300～600℃之間，回火時(shí)間2～4D，晶粒大小5～8級，回火后硬度范圍在28～38HRC，截面硬度差小于±2HRC。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種大型預(yù)硬型塑料模具鋼模塊組織控制方法，其特征在于所 述的大型塑料模具鋼為含碳0. 2 0. 5wt^的并含有Cr、 Mn、 Mo的合金鋼，或含有Ni、 Mo、 Cu、 Al、的合金鋼，也即是3Cr2MnMo、3Cr2NiMnMo、10Ni2MnCuAl預(yù)硬型塑料模具鋼；合金鋼 模塊的尺寸為200 1200mmX500 1500mmX1500 5000mm(厚X寬X長)，重量為 5 30噸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于塑料制品制造的大型預(yù)硬型模具鋼模塊組織控制方法，屬合金鋼熱處理金相組織結(jié)構(gòu)控制技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明針對多種中碳鉻錳鉬或含有少量銅、鎳、鋁、硼等元素制成的大型預(yù)硬型塑料模具鋼，在其鋼錠鍛造成模塊后根據(jù)鋼材的相變特性進(jìn)行控制冷卻，然后在低溫爐中保溫，使模塊中的奧氏體發(fā)生充分轉(zhuǎn)變；將模塊以適當(dāng)速度再次加熱完全奧氏體化后進(jìn)行控制冷卻；當(dāng)模塊表面降至350～200℃后緩冷，從而獲得貝氏體或者貝氏體加馬氏體的混合組織，晶粒大小5~8級。最后在300～600℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行回火，調(diào)整硬度至28～38HRC范圍內(nèi)，截面硬度差小于±2HRC。
文檔編號C21D1/84GK101736139SQ200910199538
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月26日
發(fā)明者黨衛(wèi)東, 吳俊 , 吳曉春, 圖而興, 汪宏斌, 閔永安 申請人:上海大學(xué)