本發(fā)明涉及金屬熱處理，具體為一種提升熱作模具鋼熱疲勞性能的熱處理工藝。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代制造業(yè)中，熱作模具鋼廣泛應(yīng)用于鍛造、壓鑄、熱擠壓等熱加工領(lǐng)域，這些模具在工作時(shí)，需反復(fù)承受高溫坯料的熱沖擊以及機(jī)械力的作用，例如在壓鑄過程中，模具頻繁接觸高溫液態(tài)金屬，溫度瞬間升高，隨后又在脫模時(shí)快速冷卻，這種劇烈的溫度變化和機(jī)械應(yīng)力的交替作用，使得熱作模具鋼極易產(chǎn)生熱疲勞裂紋，熱疲勞裂紋一旦出現(xiàn)，便會(huì)隨著模具的持續(xù)使用而不斷擴(kuò)展，嚴(yán)重影響模具的使用壽命。

2、然而，傳統(tǒng)的熱處理工藝在應(yīng)對(duì)熱作模具鋼的熱疲勞問題上存在諸多局限，常規(guī)的淬火回火工藝，難以在提升鋼強(qiáng)度的同時(shí)有效改善其韌性和抗熱疲勞性能，在高負(fù)荷環(huán)境下容易導(dǎo)致熱作模具鋼過早的出現(xiàn)疲勞裂紋并快速擴(kuò)展，影響其使用穩(wěn)定性；并且傳統(tǒng)工藝對(duì)組織細(xì)化的效果有限，無法從根本上提升模具鋼抑制熱疲勞裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展的能力，無法滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)模具鋼長(zhǎng)壽命、高精度和高效率生產(chǎn)的需求。

3、為此，提出了一種提升熱作模具鋼熱疲勞性能的熱處理工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種提升熱作模具鋼熱疲勞性能的熱處理工藝，通過預(yù)升溫、快速升溫與淬火、回火處理、深冷與超聲處理、低溫回火處理以及等溫時(shí)效與磁場(chǎng)輔助對(duì)熱作模具鋼進(jìn)行熱處理。通過制備防護(hù)涂層噴涂在模具鋼表面，制備脫碳抑制劑加入回火爐內(nèi)，在各階段通入保護(hù)氣體，抑制材料表面脫碳，提升其熱疲勞性能；通過多階段升溫淬火和回火處理，提高了材料的強(qiáng)度，增加了熱疲勞裂紋產(chǎn)生的難度；通過復(fù)合深冷與超聲處理的協(xié)同作用細(xì)化了晶粒和二次碳化物顆粒尺寸，提升模具鋼抵抗熱疲勞裂紋擴(kuò)展的能力；通過等溫時(shí)效與磁場(chǎng)輔助處理，構(gòu)建出更穩(wěn)定的組織結(jié)構(gòu)，減少因熱應(yīng)力集中導(dǎo)致的熱疲勞損傷，進(jìn)一步提高模具鋼的熱疲勞性能。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、需要說明的是，本發(fā)明中的份均為質(zhì)量份。

4、一種提升熱作模具鋼熱疲勞性能的熱處理工藝，熱處理工藝如下：

5、s1預(yù)升溫：在熱作模具鋼表面噴涂0.2mm的防護(hù)涂層，在80℃下干燥2.2h，初步去除涂層中的水分，接著升溫至130-155℃，繼續(xù)干燥2h，使涂層中的粘結(jié)劑充分固化，提高涂層與模具鋼表面的附著力；向加熱爐中通入氣體，將涂覆模具鋼放入加熱爐中，以8℃/min的速率將涂覆模具鋼預(yù)升溫至650-750℃，并保溫0.8-1.5h，得到預(yù)升溫模具鋼；

6、s2快速升溫與淬火：在22min內(nèi)將預(yù)升溫模具鋼升溫至900-950℃，保溫1.2-1.8h，進(jìn)行淬火處理，得到淬火模具鋼；

7、s3回火處理：在回火爐內(nèi)加入脫碳抑制劑，向回火爐內(nèi)通入氮?dú)庵脫Q爐內(nèi)空氣，接著以0.9l/min的流量持續(xù)通入氮?dú)猓?5℃/min的速率升溫至580-630℃進(jìn)行回火處理，得到回火模具鋼；

8、s4深冷與超聲處理：向深冷設(shè)備中通入氮?dú)?，將回火模具鋼加入其中，?-8℃/min的速率冷卻至-160℃，在降溫冷卻的同時(shí)進(jìn)行超聲處理，保持2-4h，得到超聲模具鋼；

9、s5低溫回火處理：向回火爐內(nèi)通入氮?dú)庵脫Q爐內(nèi)空氣，接著以0.9l/min的流量持續(xù)通入氮?dú)猓瑢⒊暷＞咪撛?70℃下保溫2.8h進(jìn)行低溫回火處理，得到低溫回火模具鋼；

10、s6等溫時(shí)效與磁場(chǎng)輔助：將低溫回火模具鋼加熱至200-250℃，利用電磁線圈施加0.8-1.5t的脈沖磁場(chǎng)，脈沖頻率為0.5-1hz，保溫3.5-5h，得到熱處理熱作模具鋼。

11、優(yōu)選的，防護(hù)涂層由以下步驟制備得到：將50份硼砂以及10份粒徑為70nm的γ-al2o3顆粒加入球磨機(jī)中以300rpm的轉(zhuǎn)速球磨2.5h，得到粒徑為5-10μm的混合粉末；將30份質(zhì)量濃度為50wt％的硅溶膠以及1份聚丙烯酸鈉加入混合粉末中，繼續(xù)攪拌2h，得到防護(hù)涂層。

12、優(yōu)選的，噴涂所用噴槍的噴嘴直徑為0.8-1.5mm，噴涂壓力為0.4mpa，噴槍與熱作模具鋼表面的距離為22cm。

13、優(yōu)選的，氣體為氮?dú)夂捅榘凑?：1的體積比混合得到。

14、優(yōu)選的，淬火處理介質(zhì)為質(zhì)量濃度為17％的聚烷撐乙二醇淬火液；介質(zhì)溫度為25-35℃，流速為1.4-3.2m/s。

15、優(yōu)選的，回火爐內(nèi)每立方米爐腔空間放置0.5-1kg脫碳抑制劑。

16、優(yōu)選的，脫碳抑制劑由以下步驟制備得到：將60份碳酸鋇、3份二氧化鈦粉末加入高速攪拌機(jī)中，在680rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌60min，加入20份水玻璃，繼續(xù)攪拌28min，得到混合物；將混合物在8-15mpa的壓力下保壓1.2min，得到顆粒狀物料；將顆粒狀物料進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，先以7℃/min的升溫速率升溫至520-590℃，保溫1.5h，再以4℃/min的升溫速率升溫至1100℃，保溫2.5h，得到脫碳抑制劑。

17、優(yōu)選的，回火處理次數(shù)為4次；每?jī)纱位鼗鹛幚碇g設(shè)置有冷卻時(shí)間，冷卻至60℃，冷卻速度為5-10℃/min。

18、優(yōu)選的，超聲處理頻率為28-38khz、功率為280-400w。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

20、1、本發(fā)明通過制備防護(hù)涂層并噴涂在熱作模具鋼表面，能在高溫下形成致密的保護(hù)膜，阻止碳元素的擴(kuò)散和氧化，有效避免表面脫碳；同時(shí)，各階段均通入保護(hù)氣體，隔絕空氣與模具鋼表面的接觸，減少氧氣引發(fā)的脫碳反應(yīng)；且回火爐內(nèi)加入制備的脫碳抑制劑，碳酸鋇在高溫下分解產(chǎn)生的二氧化碳能與爐內(nèi)存在的氧氣發(fā)生反應(yīng)，消耗氧氣，從而抑制模具鋼表面的脫碳反應(yīng)；從多方面抑制材料表面脫碳，提升其熱疲勞性能。

21、2、本發(fā)明通過多階段升溫淬火和回火處理，能促使模具鋼產(chǎn)生均勻且細(xì)小的奧氏體晶粒和優(yōu)質(zhì)馬氏體組織。回火過程中，精確控制參數(shù)可以使二次碳化物均勻、彌散地析出，通過控制溫度和保溫時(shí)間，為二次碳化物的充分析出創(chuàng)造條件，這些細(xì)小、彌散分布的二次碳化物在晶界和晶內(nèi)起到釘扎作用，極大地提高了材料的強(qiáng)度，增加了熱疲勞裂紋產(chǎn)生的難度。

22、3、本發(fā)明通過深冷與超聲處理的協(xié)同作用細(xì)化了晶粒和二次碳化物顆粒尺寸。深冷處理促使殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，增加馬氏體含量，為二次碳化物的析出提供更多母相；超聲振動(dòng)則加速原子擴(kuò)散，促進(jìn)二次碳化物均勻生長(zhǎng)；細(xì)化的晶粒和碳化物使得晶界增多，當(dāng)熱疲勞裂紋產(chǎn)生后，眾多晶界能有效阻礙裂紋的擴(kuò)展路徑，消耗裂紋擴(kuò)展的能量，從而顯著提升模具鋼抵抗熱疲勞裂紋擴(kuò)展的能力。

23、4、本發(fā)明通過等溫時(shí)效與磁場(chǎng)輔助處理，利用脈沖磁場(chǎng)有效影響二次碳化物的沉淀析出行為，使其沿著更有利于強(qiáng)化的方向排列；通過控制溫度以及時(shí)效時(shí)間，碳化物緊密、彌散排列，構(gòu)建出更穩(wěn)定的組織結(jié)構(gòu)，能夠更好地承受熱循環(huán)過程中的熱應(yīng)力變化，在高溫下保持良好的穩(wěn)定性，減少因熱應(yīng)力集中導(dǎo)致的熱疲勞損傷，進(jìn)一步提高模具鋼的熱疲勞性能。

技術(shù)特征：

1.一種提升熱作模具鋼熱疲勞性能的熱處理工藝，其特征在于：所述熱處理工藝如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提升熱作模具鋼熱疲勞性能的熱處理工藝，其特征在于：所述防護(hù)涂層由以下步驟制備得到：將硼砂以及粒徑為70nm的γ-al2o3顆粒加入球磨機(jī)中以300rpm的轉(zhuǎn)速球磨2.5h，得到粒徑為5-10μm的混合粉末；將質(zhì)量濃度為50wt％的硅溶膠以及聚丙烯酸鈉加入所述混合粉末中，繼續(xù)攪拌2h，得到所述防護(hù)涂層。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提升熱作模具鋼熱疲勞性能的熱處理工藝，其特征在于：所述噴涂所用噴槍的噴嘴直徑為0.8-1.5mm，噴涂壓力為0.4mpa，所述噴槍與所述熱作模具鋼表面的距離為22cm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提升熱作模具鋼熱疲勞性能的熱處理工藝，其特征在于：所述氣體為所述氮?dú)夂捅榘凑?：1的體積比混合得到。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提升熱作模具鋼熱疲勞性能的熱處理工藝，其特征在于：所述淬火處理介質(zhì)為質(zhì)量濃度為17％的聚烷撐乙二醇淬火液；所述介質(zhì)溫度為25-35℃，流速為1.4-3.2m/s。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提升熱作模具鋼熱疲勞性能的熱處理工藝，其特征在于：所述回火爐內(nèi)每立方米爐腔空間放置0.5-1kg所述脫碳抑制劑。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提升熱作模具鋼熱疲勞性能的熱處理工藝，其特征在于：所述脫碳抑制劑由以下步驟制備得到：將60份碳酸鋇、3份二氧化鈦粉末加入高速攪拌機(jī)中，在680rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌60min，加入水玻璃，繼續(xù)攪拌28min，得到混合物；將所述混合物在8-15mpa的壓力下保壓1.2min，得到顆粒狀物料；將所述顆粒狀物料進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，先以7℃/min的升溫速率升溫至520-590℃，保溫1.5h，再以4℃/min的升溫速率升溫至1100℃，保溫2.5h，得到所述脫碳抑制劑。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提升熱作模具鋼熱疲勞性能的熱處理工藝，其特征在于：所述回火處理次數(shù)為4次；每?jī)纱嗡龌鼗鹛幚碇g設(shè)置有冷卻時(shí)間，冷卻速度為5-10℃/min。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提升熱作模具鋼熱疲勞性能的熱處理工藝，其特征在于：所述超聲處理頻率為28-38khz、功率為280-400w。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及金屬熱處理技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種提升熱作模具鋼熱疲勞性能的熱處理工藝。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)熱處理工藝對(duì)熱疲勞性能提升有限的問題。本發(fā)明通過制備防護(hù)涂層噴涂在模具鋼表面，制備脫碳抑制劑加入回火爐內(nèi)，在各階段通入保護(hù)氣體，抑制材料表面脫碳，提升其熱疲勞性能；通過多階段升溫淬火和回火處理，提高了材料的強(qiáng)度，增加了熱疲勞裂紋產(chǎn)生的難度；通過復(fù)合深冷與超聲處理的協(xié)同作用細(xì)化了晶粒和二次碳化物顆粒尺寸，提升模具鋼抵抗熱疲勞裂紋擴(kuò)展的能力；通過等溫時(shí)效與磁場(chǎng)輔助處理，使材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，減少因熱應(yīng)力集中導(dǎo)致的熱疲勞損傷，進(jìn)一步提高模具鋼的熱疲勞性能。

技術(shù)研發(fā)人員：左鵬鵬,何健華,李嬋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇奇錦工模具有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15