大型塑料模具钢模块淬火工艺的研究与应用

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1、大型塑料模具钢模块淬火工艺的研究与应用摘要预硬型塑料模具钢模块重达14-20吨，最大的长度、宽度及厚度分别可达到4m、1．5m和O．5m，要求调质至中等硬度，且模块内同一截面上的最大硬度差不得超过3HRC(±1．5HRC)。但中碳中合金塑料模具钢P20钢和718钢大模块油淬后的硬度均匀性无法达到要求，且有严重的火灾隐患，而用水基淬火剂常导致开裂，也无法保证硬度的均匀性。为了解决预硬型塑料模具钢大模块淬火工艺的难题，本文采用计算机模拟、实验测试和生产性检验相结合的方法，对P20钢和718钢大模块的淬火工艺进行虚拟生产研究。本文改进了相变动力学曲线的测绘方法，精确测定了国产P20钢的1]

2、广r曲线和CCT曲线。应用实测的数据讨论了中碳中合金钢相交量的计算方法。研究发现：现有文献中沿用的按l％和99％转变量及时间求解Avrami方程系数n和b的方法，会造成相变量计算的明显误差；在每一个等温温度取三组转变量及转变时间数据联立求解Avrami方程的系数n、b和ts，计算的转变量与实测值吻合；在同一等温温度取两组转变量、转变时间及相变孕育期ts求解n和b，计算的相变量也和实测值吻合；试验结果证实，用一个Avrami方程描述P20钢的先共析铁素体和珠光体的转变量是合理的：采用Scheil叠加法则，根据1]盯曲线计算的P20钢等速冷却过程相变的开始时间与实测的CCT曲线不符；P2

3、0钢的实测数据表明计算马氏体相变的K-M方程中系数a不是常数，而是随温度在0．00044)．011之间大幅度变化，本文将P20钢的Q值分段拟合成温度的函数。借彰’，f算机模拟，对塑料模具钢P20钢大模块的淬火工艺进行了虚拟生产研究。提出了P20钢大模块的淬火工艺：860"(2奥氏体化一空气预冷一水淬一自回火一水淬一空冷。该工艺具有硬化层深，防止开裂，以水和空气为冷却介质，符合清洁生产和安全生产的要求等优点。本文提供的工艺参数己作为抚顺特钢有限公司预硬型大模块智能化自动淬火装置的设计依据。另外，本文确定的P20钢模块最大的适用厚度是280mm，比按传统方法计算的临界厚度提高了一倍，扩大

4、了P20钢的应用范围，有重大的经济价值。虚拟生产的研究结果表明，对于厚度为300mm-500mm的718钢大模块，加热到860℃奥氏体化后即便采用水冷，在模块的截面上也无法获得均匀的组织和硬度。将奥氏体化温度提高到930"C，718钢的1]rr曲线发生了显著的变化，珠光体／铁素体相变最不稳定区的孕育期由70s延长到2800s，而贝氏体相变最不稳定区的孕育期则从8s延长至30s，而且在400--450"C的温度范围11广r曲线趋于平台状。计算机模拟结果表明，对于厚度达500mm的718钢大模块，加热到930"C奥氏体化后空冷时，冷速由表及里逐渐减慢，贝氏体转变发生的时间依次后延，但转变

5、的温度范围都在440--360℃之间，从而使整个模块获得均匀的贝氏体组织。采用1000x800×510m．tl,13的718钢模块进行生产性验证，经930"C奥氏体化后空冷至室温，截取中间截面进行测试。截面上的硬度均匀一致，淬火态的硬度分布在39．-41．5HRC范围内，最大差值为2．5HRC，回火后硬度全部落在3l一31．5HRC之间，最大的硬度差只有0．5HRC。抛光试验的结果表明，经930℃奥氏体化后空冷淬火的国产718钢预硬化模块的抛光性能和进口的名牌ASSBA718钢模块的抛光性能相同，并经用户确认符合制造中等光亮镜面塑料模具的要求。本文提出的718钢大模块930℃奥氏体化

6、后空冷的淬火工艺已应用于大规模的工业化生产。本文采用虚拟生产的方法，提出进一步改进718钢大模块热处理工艺的建议：第一，大模块空冷至心部奥氏体转变完成后及时进炉回火，可以收到利用余热节能的效果；第二，大模块采用适当的水、空循环冷却方法淬火，可以在避免淬火开裂的前提下，显著缩短淬火冷却时间，提高生产效率和车间生产场地的利用率。上述两种改进建议已被采纳，并作为抚顺特殊钢有限公司大模块智能化自动淬火装置的设计依据。本文提出了对热处理虚拟生产研究的结果有必要进行工艺“宽容度”评估的观点，并对所提出的P20钢和718钢大模块的淬火工艺进行了“宽容度”评估。评估结果认为本文推荐的淬火工艺可以保证

7、模块质量的稳定性。关键词：计算机模拟，1]盯曲线，CCT曲线，塑料模具钢，预硬化ⅡRESEARCHOFQUENCHINGPROCESSFORLARGE-SIZEDPLASTICDIE＆MoULDSTEELBLOCKSANDITSAPPLICATIONABSTRACTSteelblocksforplasticdie&mouldaleabout14，000～20，000kilograminweight，andthelargestonemayreach4，1．5