国产GMH20新型模具钢真空热处理工艺

摘要

本发明公开了一种国产GMH20新型模具钢真空热处理工艺，包括随炉升温至600℃保温，升温至820℃保温，升温至1020℃保温，然后充气化的液氮快速冷却；冷却至模具表面温度降至50±2℃出炉；回火，第一次回火：560℃3小时；第二次回火595℃3小时。本发明针对新型的GMH20模具钢，经过大量的试验和总结制定特定的真空热处理工艺，使其性能优于H13钢，近似于DIEVAR钢的综合性能，可部分取代DIEVAR钢。由于GMH20钢价格仅是进口的改进型模具钢价格的三分之一，若取而代之，其产生的社会效益和经济效益将是无法估量的。

说明书

技术领域

本发明涉及一种热处理工艺，尤其涉及一种模具钢真空热处理工艺。

背景技术

H13钢是C-Cr-Mo-Si-V型钢，在世界上的应用极其普遍，同时各国都在探究化学成分的改进，希望获得具有较低冶炼成本、合金化最合理的高性能材料。现在，低Si高Mo的合金化途径是改进型H13钢成分设计上的发展趋势。

瑞典UDDEHOLM公司制造的DIEVAR模具钢就是典型的低Si高Mo改进型H13模具钢。宝钢研究院新研制的GMH20钢也属于此类钢种，那么我们就需要针对这款新研制的模具钢寻找一种与其相匹配的独特的真空热处理工艺，以期获得优于H13钢、近似于DIEVAR钢的综合性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是要提供一种适用于新研制的GMH20钢的真空热处理工艺，使新材料经过热处理后获得优于H13钢、近似于DIEVAR钢的综合性能。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是：

一种国产GMH20新型模具钢真空热处理工艺，包括预热、升温、保温、充氮气快速冷却、出炉和回火，步骤包括：

a.随炉升温至600℃，保温至工件心部至600℃；

b.升温至820℃，保温至工件心部至820℃；

c.升温至1020℃，保温至工件心部至1020℃，然后充气化的液氮快速冷却，气冷压力为4.5巴，充氮气的进风量为65000-70000立方米/小时；

d.冷却至模具表面温度降至50±2℃出炉；

e.回火，第一次回火：560℃3小时；第二次回火595℃3小时。

所述真空热处理选用管道式高压气淬炉。

本发明针对新型的GMH20模具钢，经过大量的试验和总结制定特定的真空热处理工艺，尤其采用快速冷却，以获得尽量多的马氏体组织。我们采用管道式高压气淬炉，该种炉型能够保证淬火冷却时，液氮快速进入炉膛对工件进行冷却，液氮的温度是-196℃，进风量为67500立方米/小时左右。在上述快速冷却的条件下，以及其它的特定热处理环境中，残余奥氏体非常少，都转变为马氏体了，所以工件的综合性能相当好，经测试其优于H13钢，并且近似于DIEVAR钢的综合性能，可部分取代DIEVAR钢。由于GMH20钢价格仅是进口的改进型模具钢价格的三分之一，若取而代之，其产生的社会效益和经济效益将是无法估量的。

附图说明

图1为本发明实施例工件试样的淬火后金相组织图，组织为马氏体+少量残余奥氏体+少量的碳化物；

图2为本发明实施例工件试样的回火后金相组织图，组织为索氏体+少量残余奥氏体+少量碳化物颗粒。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

DIEVAR钢、H13钢和GMH20钢的化学成分如下表

合金元素 C Si Mn Cr Mo V DIEDAR 0.39 0.20 0.41 4.93 2.28 0.52 H13 0.38 1.04 0.35 4.77 1.17 0.97 GMH20 0.39 0.26 0.36 5.62 2.21 0.67

我们将GMH20钢、H13钢和DIEVAR钢加工成拉伸试棒和冲击试样。常温冲击采用V型缺口矩形试样，冲击试样为10mm×10mm×55mm,按照GB/T229-2007《金属夏比缺口冲击试验方法》测定，拉伸试棒选用Φ10拉伸试棒。

GMH20钢的真空热处理工艺如下：

包括预热、升温、保温、充氮气快速冷却、出炉和回火，步骤包括：

a.试样(棒)装炉，随炉升温至600℃，保温至工件心部至600℃；

b.升温至820℃，保温至工件心部至820℃；

c.升温至1020℃，保温至工件心部至1020℃，然后充气化的液氮快速冷却，气冷压力为4.5巴，充氮气的进风量为67500立方米/小时(也可以是65000-70000立方米/小时)；

d.冷却至模具表面温度降至50℃出炉(一般为50±2℃)；

e.回火，第一次回火：560℃3小时；第二次回火595℃3小时。

所述真空热处理选用管道式高压气淬炉，在充氮气快速冷却过程中，氮气能够快速进入炉膛，液氮的温度是-196℃。

图1为工件试样淬火后的金相组织图，组织为马氏体+少量残余奥氏体+少量的碳化物；图2为工件试样回火后的金相组织图，组织为索氏体+少量残余奥氏体+少量碳化物颗粒。

然后对IEVAR钢、H13钢和应用本发明的热处理工艺处理GMH20钢的试样(棒)进行力学性能测试，其性能对比如下表：

由上表可以看出，采用我们的真空热处理技术，可以使GMH20钢的性性能接近DIEVAR钢，可部分取代DIEVAR钢。由于GMH20钢价格仅是进口的改进型模具钢价格的三分之一，若取而代之，其产生的社会效益和经济效益将是无法估量的。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。