一种工模具钢表层组织热处理工艺制造技术

本发明专利技术适用于表面处理技术领域，提供了一种工模具钢表层组织热处理工艺，包括以下步骤：将工模具钢加热至冷却相变温度，对工模具钢进行激光表面热处理；对热处理后的工模具钢进行保温，保温结束后将工模具钢冷却至室温；其中，所述激光表面热处理将工模具钢表层加热至Ac1+30℃以上，工模具钢材料蒸发汽化温度以下；所述保温使得工模具钢发生部分或完全等温相变。本发明专利技术将激光淬火与传统加热系统相结合，通过预加热将激光辐照表层快速冷却至相变温度，基于不同温度下不同时间的保温处理，实现表层组织的精确调控，满足不同场景下实际应用需求，提高硬度的同时保证零部件服役时对于表层韧性需求，增强工模具的使用寿命。增强工模具的使用寿命。增强工模具的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种工模具钢表层组织热处理工艺


[0001]本专利技术属于表面处理
，尤其涉及一种工模具钢表层组织热处理工艺。

技术介绍

[0002]工模具钢是机械制造领域关键零部件的常用金属材料，零部件服役过程中对其强韧性及疲劳等性能均有严苛要求。常规的工模具钢表面激光热处理技术主要是激光淬火，激光淬火过程中，连续激光辐照在零部件表面，将表层材料加热至奥氏体化温度甚至熔化温度以上，激光束远离作用区域后表层在基体的散热冷却作用下产生全马氏体组织，显著提高表面硬度，增强工模具使用寿命。与其它表面强化技术相比，激光淬火具有变形量小、热影响区小以及可进行局部强化等优势，通过表面激光淬火以及激光局部淬火加工的仿生表面在齿轮、模具、刀具等零部件表面处理领域得到广泛应用。
[0003]然而，传统激光淬火基于激光束辐照时的低热效应和零部件基体的快速散热作用使表层快速冷却至室温，表层组织只能为单相马氏体，在快速冷却过程中，激光淬火表层会产生很大的内应力，导致裂纹缺陷产生，长期服役过程中表层硬脆性过大易出现材料剥落的情况，导致零部件失效。因此，在特定的服役条件，需要进一步调控工模具表层组织，以保证表层硬度明显提升的同时增强工模具钢的表层韧性。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例的目的在于提供一种工模具钢表层组织热处理工艺，旨在解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]本专利技术实施例是这样实现的，一种工模具钢表层组织热处理工艺，包括以下步骤：
[0006]将工模具钢加热至冷却相变温度，对工模具钢进行激光表面热处理；
[0007]对热处理后的工模具钢进行保温，保温结束后将工模具钢冷却至室温；
[0008]其中，所述激光表面热处理将工模具钢表层加热至Ac1+30℃以上，工模具钢材料蒸发汽化温度以下，所述Ac1为加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度；
[0009]所述保温使得工模具钢发生部分或完全等温相变。
[0010]优选地，所述加热为电阻丝直接加热、鼓风加热、感应加热中的一种或多种。
[0011]优选地，所述将工模具钢加热至冷却相变温度的步骤中，加热的温度根据需调控的表层组织，参照工模具钢材料的奥氏体等温转变曲线设定，所述表层组织为珠光体、上贝氏体、下贝氏体、部分马氏体中的一种或多种。
[0012]优选地，所述将工模具钢加热至冷却相变温度的步骤后，还包括保温10
‑
90min的步骤。
[0013]优选地，所述激光表面热处理采用激光淬火系统，采用惰性气体进行保护，所述激光淬火系统设有激光加工窗口，所述激光加工窗口通过耐高温光学玻璃进行封闭，激光束透过耐高温光学玻璃作用在工模具钢表面。
[0014]优选地，所述激光淬火系统的激光功率为500
‑
3000W，扫描速率为20
‑
180mm/s，光
斑面积为0.5
‑
20mm2。
[0015]优选地，所述对热处理后的工模具钢进行保温的步骤中，保温的时间根据工模具钢材料的奥氏体等温转变曲线确认。
[0016]优选地，所述冷却为水冷、油冷、鼓风冷却、自然冷却、随炉冷却中一种或多种。
[0017]本专利技术实施例提供的一种工模具钢表层组织热处理工艺，将激光淬火与传统加热系统相结合，通过对工模具钢预加热将激光辐照表层快速冷却至相变温度，基于不同温度下不同时间的保温处理，实现表层组织的精确调控：
[0018]基于传统激光淬火装置，通过工模具钢材料本身预热及温度调控，实现激光辐照后表层组织由单一马氏体向珠光体、贝氏体、马氏体或几种相混合组织的灵活调控，满足不同场景下实际应用需求；
[0019]通过激光热处理调控工模具表层组织，提高硬度的同时保证零部件服役时对于表层韧性需求，避免传统激光淬火表面可能的裂纹等缺陷，减少服役过程中产生表层因疲劳产生局部“剥皮”等失效现象，增强工模具的使用寿命；
[0020]通过表层组织激光热处理调控可以加工出不同性能匹配的仿生功能结构，为基于激光热处理加工仿生表面时的柔性化程度显著增大，为进一步提高工模具耐磨、减阻、降噪等性能奠定基础。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例1中40Cr钢表层组织经激光热处理后的微观组织扫描形貌；
[0022]图2为本专利技术实施例2中40Cr钢表层组织经激光热处理后的微观组织扫描形貌；
[0023]图3为本专利技术对比例1中40Cr钢表层组织经常规激光淬火后的微观组织扫描形貌；
[0024]图4为本专利技术对比例1中40Cr钢表层组织经常规激光淬火后的淬火层形貌。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0026]一种工模具钢表层组织热处理工艺，包括以下步骤：
[0027](1)将待激光热处理的工模具钢工件置于带有加热装置的激光热处理系统中；
[0028](2)将工模具钢加热到冷却相变温度；
[0029](3)设定激光加工参数，开启激光热处理系统，对工模具钢进行激光表面热处理；
[0030](4)激光表面热处理后利用加热装置对工模具钢进行保温；
[0031](5)保温结束后将工模具钢取出，冷却至室温；
[0032]其中，所述激光热处理系统采用常用的激光淬火系统即可，系统中采用惰性气体进行保护，通过在线测温及反馈装置保证温度稳定，且系统中留有激光加工窗口，窗口通过耐高温光学玻璃进行封闭，激光束可透过光学玻璃，作用在工件表面；
[0033]步骤(1)中的所述加热系统可以选择电阻丝直接加热、鼓风加热、感应加热等；
[0034]步骤(2)中的所述加热的温度根据需调控组织确定，可以为珠光体、上贝氏体、下贝氏体以及可发生部分马氏体相变温度，在此基础上，加热温度的范围为150
‑
600℃，加热
到设定温度后保温10
‑
90min，保证零部件温度均匀、稳定；
[0035]步骤(3)中的所述激光加工参数为：激光功率500
‑
3000W，扫描速率20
‑
180mm/s，光斑面积0.5
‑
20mm2，通过激光辐照将工件待强化表层加热至Ac1(Ac1为加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度)+30℃以上，材料蒸发汽化温度以下；
[0036]步骤(4)中的所述保温的时间可参考材料的奥氏体等温转变曲线确认，使材料在保温温度下发生部分或完全等温相变，在此基础上，时间范围为1
‑
600min；
[0037]步骤(5)中的所述冷却的方式可为水冷、油冷、鼓风冷却、自然冷却、随炉冷却等，通过冷却过程进一步调控如表层组织残留奥氏体、马氏体含量等。
[0038]以下结合具体实施例对本专利技术的具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种工模具钢表层组织热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：将工模具钢加热至冷却相变温度，对工模具钢进行激光表面热处理；对热处理后的工模具钢进行保温，保温结束后将工模具钢冷却至室温；其中，所述激光表面热处理将工模具钢表层加热至Ac1+30℃以上，工模具钢材料蒸发汽化温度以下，所述Ac1为加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度；所述保温使得工模具钢发生部分或完全等温相变。2.根据权利要求1所述的工模具钢表层组织热处理工艺，其特征在于，所述加热为电阻丝直接加热、鼓风加热、感应加热中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的工模具钢表层组织热处理工艺，其特征在于，所述将工模具钢加热至冷却相变温度的步骤中，加热的温度根据需调控的表层组织设定，所述表层组织为珠光体、上贝氏体、下贝氏体、部分马氏体中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的工模具钢表层组织热处理工...

【专利技术属性】
技术研发人员：管迎春，李兴，王泉杰，
申请(专利权)人：北京航空航天大学合肥创新研究院北京航空航天大学合肥研究生院，
类型：发明
国别省市：