一种精密冲压模具高强韧、低形变真空热处理方法与流程

金属材料;冶金;铸造;磨削;抛光设备的制造及处理,应用技术1.本发明属于冷作模具热处理技术领域，特别涉及一种精密冲压模具高强韧、低形变真空热处理方法。背景技术：2.采用冲压模具制造零部件在制造业中占据较大的比例，随着高端装备制造业的发展，机械加工技术不断提升，对零部件精度的要求越来越高，对精密冲压模具的需求逐年增加。精密冲压模具普遍采用冷作模具钢制造，由于在室温状态下对金属进行成形加工，金属零件成形时金属与模具型腔表面发生相对运动，模具承受巨大的压应力和摩擦力，冷冲压模具在工作过程中还承受着较大的冲击载荷，磨损、开裂、折断、崩刃等是主要的失效形式。因此，提高冷作模具钢的强韧性及耐磨性，获得最佳的硬度和韧性匹配是此类钢发展的主流趋势。冷作模具钢通常c含量较高，并且含有8％～12％的cr，凝固时形成粗大的莱氏体共晶碳化物，热加工后破碎偏聚，形成碳化物偏析，严重影响冲击韧性，也是模具开裂、折断、崩刃的主要诱因。对于cr12类冷作模具钢，传统热处理工艺为：1010℃～1030℃加热，油冷淬火，随后立即于490℃～500℃两次空冷回火，硬度达到60hrc，然而采用该工艺，模具回火后经常发生尺寸变形，甚至放置过程中发生无规律性变形，造成尺寸不合，部分模具经修复后使用，也会较早发生开裂和崩刃。因此，同时实现材料的高强韧性，并采用特殊工艺方法降低模具应力，从而减小尺寸变形率是提高精密冲压模具使用寿命的重要途径，基于此，本发明提供一种精密冲压模具高强韧、低形变真空热处理方法，具有重要意义。技术实现要素：3.本发明的目的在于提供一种可同时产生细晶化，改善强韧性并实现低变形率的精密冲压模具高强韧、低形变真空热处理方法，克服了传统热处理过程中模具较大变形、开裂及使用过程中开裂、崩刃等非正常失效问题，提高冲压模具加工制造精度，延长精密冲压模具的服役性能和使用寿命。4.本发明基于采用常规cr8mo2siv、cr12、cr12mov、cr12mo1v等含有大量莱氏体共晶碳化物的冷作模具钢制造的中大型冲压模具，利用真空热处理气淬技术，同时达到细化晶粒尺寸提高强韧性并实现低变形率。5.热处理材料为冷冲压模具，模具尺寸：40～80mm(厚度)×250～400(宽度)×580～700(长度)，模具为粗加工毛坯(精加工余量0.8mm～1mm)，具体步骤及控制的技术参数如下：6.一种精密冲压模具高强韧、低形变真空热处理方法，包括以下步骤：7.步骤1：将冲压模具坯热装真空热处理炉中，将模具坯竖放，以30～50℃/h的升温速率加热至800～850℃，保温1～1.2h，之后调整真空炉加热温度至1030～1070℃，模具坯在30分钟内快速到温后开始计时，保温15～25min；8.步骤2：采用高压氮气冷却，在不低于5bar的冷却压力下，控制冷速≥50℃/min，将模具坯表面温度迅速淬到ms温度以下20～30℃之间，调整冷却压力为0.5～1bar，待模具坯表面温度缓降至50～90℃，完成步骤2；9.步骤3：接步骤2，模具坯不出炉，模具坯以30～50℃/h的升温速率加热至800～850℃，保温1～1.2h，之后调整真空炉加热温度至1000～1030℃，模具坯在30分钟内快速到温后开始计时，保温25～35min；随后，采用高压氮气冷却，在不低于5bar的冷却压力下，控制冷速≥50℃/min，将模具坯表面温度迅速淬到ms温度以下20～30℃之间，打开炉门，出炉空冷，模具坯表面温度降低至室温，完成步骤3；10.步骤4：二级深冷处理工序，步骤3完成后，要求冲压模具坯迅速转入液氮深冷柜，第一次深冷温度为-55～-65℃，保温时间1～1.2h，保温完成后继续降温至-110～-120℃，保温时间2～2.2h，出炉空冷至室温，完成步骤4；11.步骤5：高温回火及深冷热处理工序，模具坯表面温度升至室温后，立即回火，与步骤4结束后的时间间隔小于30min；模具坯室温装炉，之后随炉升温至470～480℃，保温时间≥2h，计时结束后模具坯出炉空冷至室温，立即转入液氮深冷柜，深冷温度为-73±5℃，保温时间≥2h，计时结束后模具坯出炉空冷至表面温度到达室温；12.步骤6：二次高温回火及去应力工序：按照步骤5完成深冷处理以后，模具坯立即进行第二次高温加热回火处理，与步骤5的时间间隔不能大于30min，以室温装炉，之后随炉升温至480～500℃，保温时间≥2h，模具坯出炉空冷至室温，立即进行第二次高温加热回火处理，与二次高温回火结束的时间间隔不能大于30min，以室温装炉，之后随炉升温至400～410℃，保温时间≥2h，模具坯出炉空冷至室温，同时完成模具硬度坯调整及应力释放，完成模具热处理过程。13.优选地，步骤1中，冲压模具坯的尺寸为40～80mm(厚度)×250-400(宽度)×580～700mm(长度)，模具为粗加工毛坯，精加工余量为0.8mm～1mm，多块冲压模具坯平行放置，(40～80)mm(厚度)×(580～700)(长度)面朝下，间隔应大于1倍厚度。14.优选地，步骤2中，冷却压力范围为5～6bar，以降低冷却过程应力。15.优选地，步骤3中，真空炉加热温度至1010～1030℃后，保温时间25～30min。16.优选地，步骤4和步骤5之间间隔小于20min。17.优选地，步骤6中，模具空冷至室温后，再次入炉加热时间间隔小于20min。18.优选地，所述热处理工艺适用的冷作模具钢的钢种为cr8mo2siv、cr12、cr12mov、cr12mo1v。19.本发明的实施包括以下技术效果：20.冲压模具坯热装真空热处理炉，模具坯料竖放，降低加热及淬火过程中模具坯料自重造成的变形，步骤1中，模具坯经第一级预热等温处理后，以较快速度到达第一次加热奥氏体化温度，该温度设定比常规淬火加热温度高20～40℃，但低于奥氏体晶粒迅速粗化温度，一方面快速加热使得钢材原始组织中共晶碳化物及二次碳化物部分溶解，奥氏体加热后重结晶，并急剧形成大量晶核，细化奥氏体晶粒尺寸；另一方面该过程保温时间15～25min相对较短，前面形成的细小晶核来不及粗化，淬火时采用不低于5bar的氮气压力冷却，快速冷却过程中形成细晶组织。冷却温度控制在材料ms温度以下20～30℃之间(ms-20～ms-30)，组织发生马氏体转变，进一步采取缓慢速度冷却，该步骤降低了高温快速淬火过程中的热应力和组织应力。21.步骤3中，为了保证此阶段奥氏体晶粒不发生长大现象，经细晶化的组织快速升温至略低于传统淬火温度，保温时间略有延长25～35min，保证回火后更多的二次碳化物析出产生强化，时间过长，晶粒有粗化趋势；步骤2的快速加热及快速淬火保证了材料具有细晶组织及部分未溶碳化物。为后续热处理过程奠定良好的组织基础。22.步骤4中，采用二级液氮深冷热处理，一级深冷温度选择-60℃左右，可同时实现残余奥氏体大量转变及组织稳定性，二级深冷进一步降低温度至-120℃左右，且进一步延长保温时间，实现未转变残余奥氏体进一步转变，此时，残余奥氏体含量已降低至2％左右，对于后续控制模具尺寸变形具有较大作用。23.步骤5中，模具温升至室温后立即回火，防止组织转变，也具有降低热应力作用，第一次高温回火后第二次深冷采用传统-73℃深冷工艺，进一步降低残余奥氏体含量至1.7％左右，同时也提高模具表面耐磨性。24.步骤6中，第二次高温回火温度选用二次硬化峰值温度附近，调整回火硬度，在高温回火过程中析出更多细小碳化物第二相，产生二次硬化效应，提高硬度和耐磨性。而第三次回火温度降低，同时完成模具硬度调整及应力释放，完成模具热处理过程。25.通过以上高强韧、低形变真空热处理工艺实施，模具表面硬度达到60hrc，基体组织的强韧性得到大幅提升，模具变形率小于0.05％，产生了良好的效果。附图说明26.图1为本发明高强韧、低形变真空热处理全流程工艺路线示意图。27.图2为模具坯热处理前后的尺寸测量位置示意图。具体实施方式28.下面将结合实施例对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。29.实施例130.本实施例的一种精密冲压模具高强韧、低形变真空热处理方法，热处理材料为cr12mo1v1冷作模具钢(冶金质量满足gb/t 1299-2014标准要求)，模具毛坯规格分别为40mm(厚度)×280(宽度)×580(长度)，采用的热处理步骤包含以下步骤：31.步骤1：将冲压模具坯热装真空热处理炉中，将模具坯竖放，40mm(厚度)×580(长度)面朝下，多块模具坯平行放置，间隔45mm，将模具坯以30℃/h的升温速率加热至830℃，保温1h，之后调整真空炉加热温度至1055℃，模具在30分钟内快速到温后开始计时，保温20min。32.步骤2：采用高压氮气冷却，控制冷却压力5bar，控制冷速≥50℃/min，模具表面温度迅速淬到183℃，调整冷却压力为1bar，待模具表面温度缓降至90℃，完成步骤2。33.步骤3：模具不出炉，模具坯以30℃/h的升温速率加热至830℃，保温1h，之后调整真空炉加热温度至1030℃，模具在30分钟内快速到温后保温30min。随后，采用高压氮气冷却，控制冷却压力5bar，将模具表面温度迅速淬到174℃，出炉空冷，模具坯料表面温度降低至室温，完成步骤3。34.步骤4：将冲压模具毛坯迅速转入液氮深冷柜，第一次深冷温度-60℃保温时间1h，保温完成后继续降温至-120℃保温时间2h，出炉空冷至室温，完成步骤4。35.步骤5：高温回火及深冷热处理工序，模具表面温度升至室温后，立即回火，与步骤4结束后的时间间隔10min；模具室温装炉，之后随炉升温至480℃，保温时间2h，计时结束后模具出炉空冷至室温，立即转入液氮深冷柜，深冷温度-73℃保温时间2h，计时结束后模具出炉空冷至表面温度到达室温。36.步骤6：二次高温回火及去应力工序：按照步骤5完成深冷处理以后，模具坯立即进行第二次高温加热回火处理，与步骤5的时间间隔11min，以室温装炉，之后随炉升温至490℃，保温时间2h，模具出炉空冷至室温，立即进行第二次高温加热回火处理，与二次高温回火结束的时间间隔14min，以室温装炉，之后随炉升温至400℃，保温时间2h，模具出炉空冷至室温，完成模具热处理过程。37.实施例238.本实施例的一种精密冲压模具高强韧、低形变真空热处理方法，热处理材料为cr12mo1v1冷作模具钢(冶金质量满足gb/t 1299-2014标准要求)，模具毛坯规格分别为40mm(厚度)×280(宽度)×580(长度)，采用的热处理步骤包含以下步骤：39.步骤1：将冲压模具坯热装真空热处理炉中，将模具坯竖放，40mm(厚度)×580(长度)面朝下，多块模具坯平行放置，间隔45mm，将模具坯以40℃/h的升温速率加热至800℃，保温1.1h，之后调整真空炉加热温度至1035℃，模具在30分钟内快速到温后开始计时，保温25min。40.步骤2：采用高压氮气冷却，控制冷却压力5.5bar，控制冷速50℃/min，模具表面温度迅速淬到180℃，调整冷却压力为0.8bar，待模具表面温度缓降至70℃，完成步骤2。41.步骤3：模具不出炉，模具坯以40℃/h的升温速率加热至800℃，保温1.1h，之后调整真空炉加热温度至1020℃，模具在30分钟内快速到温后保温35min。随后，采用高压氮气冷却，控制冷却压力5.5bar，将模具表面温度迅速淬到170℃，出炉空冷，模具坯料表面温度降低至室温，完成步骤3。42.步骤4：将冲压模具毛坯迅速转入液氮深冷柜，第一次深冷温度-55℃保温时间1.1h，保温完成后继续降温至-115℃保温时间2.1h，出炉空冷至室温，完成步骤4。43.步骤5：高温回火及深冷热处理工序，模具表面温度升至室温后，立即回火，与步骤4结束后的时间间隔20min；模具室温装炉，之后随炉升温至475℃，保温时间2.1h，计时结束后模具出炉空冷至室温，立即转入液氮深冷柜，深冷温度-73℃保温时间2h，计时结束后模具出炉空冷至表面温度到达室温。44.步骤6：二次高温回火及去应力工序：按照步骤5完成深冷处理以后，模具坯立即进行第二次高温加热回火处理，与步骤5的时间间隔28min，以室温装炉，之后随炉升温至480℃，保温时间2.1h，模具出炉空冷至室温，立即进行第二次高温加热回火处理，与二次高温回火结束的时间间隔28min，以室温装炉，之后随炉升温至405℃，保温时间2h，模具出炉空冷至室温，完成模具热处理过程。45.实施例346.本实施例的一种精密冲压模具高强韧、低形变真空热处理方法，热处理材料为cr12mo1v1冷作模具钢(冶金质量满足gb/t 1299-2014标准要求)，模具毛坯规格分别为40mm(厚度)×280(宽度)×580(长度)，采用的热处理步骤包含以下步骤：47.步骤1：将冲压模具坯热装真空热处理炉中，将模具坯竖放，40mm(厚度)×580(长度)面朝下，多块模具坯平行放置，间隔45mm，将模具坯以50℃/h的升温速率加热至850℃，保温1.2h，之后调整真空炉加热温度至1070℃，模具在30分钟内快速到温后开始计时，保温15min。48.步骤2：采用高压氮气冷却，控制冷却压力6bar，控制冷速550℃/min，模具表面温度迅速淬到178℃，调整冷却压力为0.5bar，待模具表面温度缓降至50℃，完成步骤2。49.步骤3：模具不出炉，模具坯以50℃/h的升温速率加热至850℃，保温1.2h，之后调整真空炉加热温度至1000℃，模具在30分钟内快速到温后保温25min。随后，采用高压氮气冷却，控制冷却压力6bar，将模具表面温度迅速淬到172℃，出炉空冷，模具坯料表面温度降低至室温，完成步骤3。50.步骤4：将冲压模具毛坯迅速转入液氮深冷柜，第一次深冷温度-65℃保温时间1.2h，保温完成后继续降温至-110℃保温时间2.2h，出炉空冷至室温，完成步骤4。51.步骤5：高温回火及深冷热处理工序，模具表面温度升至室温后，立即回火，与步骤4结束后的时间间隔25min；模具室温装炉，之后随炉升温至470℃，保温时间2.2h，计时结束后模具出炉空冷至室温，立即转入液氮深冷柜，深冷温度-76℃保温时间2h，计时结束后模具出炉空冷至表面温度到达室温。52.步骤6：二次高温回火及去应力工序：按照步骤5完成深冷处理以后，模具坯立即进行第二次高温加热回火处理，与步骤5的时间间隔20min，以室温装炉，之后随炉升温至500℃，保温时间2.2h，模具出炉空冷至室温，立即进行第二次高温加热回火处理，与二次高温回火结束的时间间隔20min，以室温装炉，之后随炉升温至410℃，保温时间2h，模具出炉空冷至室温，完成模具热处理过程。53.对比例54.对比例的热处理材料为cr12mo1v1冷作模具钢(冶金质量满足gb/t1299-2014标准要求)，对比例采用的传统热处理工艺为：1010℃～1030℃加热，油冷淬火，随后立即于490℃～500℃两次空冷回火，硬度达到60hrc。55.通过本实施例的实施，相比于对比例，本实施例1～3的高强韧、低形变真空热处理工艺，在硬度范围60～61hrc的条件下，抗弯强度提高5.2～7.7％，实施例1～3的模具尺寸变形率大幅降低，如表1所示，数据测量位置见图2，测量数据见表2和表3。56.表1本实施例的热处理工艺与传统热处理工艺钢的性能对比[0057][0058]表2本发明实施例1尺寸变化数据[0059][0060]表3传统热处理工艺尺寸变化数据[0061][0062]最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。









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