一种基于磁场改善模具钢组织的方法与流程

1.本发明涉及模具钢加工领域，特别涉及一种基于磁场改善模具钢组织的方法。


背景技术：

2.模具钢是用来制造冷冲模、热锻模、压铸模等模具的钢种。模具是机械制造、无线电仪表、电机、电器等工业部门中制造零件的主要加工工具。模具的质量直接影响着压力加工工艺的质量、产品的精度产量和生产成本，而模具的质量与使用寿命除了靠合理的结构设计和加工精度外，主要受模具材料和热处理的影响。
3.由于模具的用途很广，各种模具的工作条件差别很大，所以，制造模具用材料范围很广，从—般的碳素结构钢、碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢、弹簧钢、高速工具钢、不锈耐热钢直到适应特殊模具需要的马氏体时效钢以及粉末高速钢、粉末高合金模具钢等。模具钢按用途一般可分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料成型用模具钢三大类。
4.随着世界工业的发展，金属热变形新技术、新工艺的不断出现，金属变形已进入高温、高压、快速和连续大规模生产阶段，需要性能更高的模具钢。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是提供一种基于磁场改善模具钢组织的方法。
6.为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种基于磁场改善模具钢组织的方法，其创新点在于：包括下述步骤s1：首先，取需要加工的模具钢的原材料送至熔炼炉中进行熔炼，熔炼的温度在1600℃
‑
1800℃之间，从而形成浇注用的金属液；s2：然后，取一模具钢成型用的浇注模具，该浇注模具具有一浇口、一冒口、一成型内腔，将金属液从而浇注模具的浇口处注入成型内腔中进行浇注成型，在金属液开始凝固时，在浇注模具的冒口处施加静磁场和旋转磁场，形成复合磁场，从而使得金属液产生振荡和流动，成型出模具钢半成品；s3：将模具钢半成品进行加热，加热分为三个阶段，第一阶段加热至500
‑
550℃，并保温1.5h，第二阶段加热至900
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930℃，并保温2.5h，第三阶段加热至1230℃，并保温7h，从而对模具钢初品进行进一步的均质化处理，得到模具钢初品；s4：将均质化后的模具钢初品采用两轻一重的直接拔长成型工艺进行锻造，锻造的初始温度在1100℃以上，终锻的温度不低于990℃；s5：在锻造结束后，进行退火处理，先以66～85℃/小时的升温速度将锻件加热至860～870℃，保温4小时，保温后随炉冷却至730～740℃，恒温3小时后随炉冷却至500℃以下时出炉空冷；s6：在退火处理后再进行淬火回火，采用油介质低淬低回的热处理方式，即1050～1060℃淬火，第一次回火570～590℃，第二次回火530～545℃，第二次回火后空冷，即得到所需的模具钢成品。
7.进一步的，所述步骤s2中，所述静磁场产生的磁力线交叉穿过冒口，旋转磁场使在靠近冒口壁的金属液内感生出周期性变化的电流，此时导电的金属液在静磁场中则受到周期性变化的振荡洛伦兹力，金属液在振荡的洛伦兹力的带动下冲刷和震荡冒口壁和浇注模具的内壁，并振荡金属液表面，使靠近冒口壁和浇注模具内壁的金属液以及浅层金属液产生震荡和旋转流动，将靠近冒口区域的初生枝晶打碎，从而使得靠近冒口区域的金属液首先形成的晶核和打碎的碎晶粒能够很快地混溶到整个金属液体内，同时冒口区域金属液的振荡和旋转流动将诱导锭模中的更多金属液产生振荡和流动，从而打碎金属液凝固的固液界面前沿的枝晶尖端，进一步诱发形核增殖效应，与靠近冒口区域下沉的晶核一起形成“结晶雨”效应，而锭模中金属液被诱导的旋流还将降低固液界面前沿温度梯度，形成内生形核条件，使整个锭模中的金属液的凝固组织进行细化或等轴晶化，最终得到均质化的模具钢初品。
8.本发明的优点在于：在本发明中，在模具钢初成型时，采用静磁场和旋转磁场所形成的复合磁场进行处理，确保磁场能够渗透进入金属液内，减轻了磁场的衰减，使得晶核能够快速分布在模具钢内，有效的提高了模具钢等轴晶率，均匀组织晶粒大小，降低成分宏观偏析，提高成品率。
9.在模具钢成型后期，通过三个阶段不同温度不同时间的加热，对模具钢进行匀质化处理，进一步的改善模具钢组织，提高了模具钢的纯度、密度、均匀和等向等特点，进而提高了模具钢的硬度、韧性、耐高温和耐磨耐用性能。
具体实施方式
10.下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
11.本发明的基于磁场改善模具钢组织的方法通过下述步骤得以实现：s1：首先，取需要加工的模具钢的原材料送至熔炼炉中进行熔炼，熔炼的温度在1600℃
‑
1800℃之间，从而形成浇注用的金属液。
12.s2：然后，取一模具钢成型用的浇注模具，该浇注模具具有一浇口、一冒口、一成型内腔，将金属液从而浇注模具的浇口处注入成型内腔中进行浇注成型，在金属液开始凝固时，在浇注模具的冒口处施加静磁场和旋转磁场，形成复合磁场，静磁场产生的磁力线交叉穿过冒口，旋转磁场使在靠近冒口壁的金属液内感生出周期性变化的电流，此时导电的金属液在静磁场中则受到周期性变化的振荡洛伦兹力，金属液在振荡的洛伦兹力的带动下冲刷和震荡冒口壁和浇注模具的内壁，并振荡金属液表面，使靠近冒口壁和浇注模具内壁的金属液以及浅层金属液产生震荡和旋转流动，将靠近冒口区域的初生枝晶打碎，从而使得靠近冒口区域的金属液首先形成的晶核和打碎的碎晶粒能够很快地混溶到整个金属液体内，同时冒口区域金属液的振荡和旋转流动将诱导锭模中的更多金属液产生振荡和流动，从而打碎金属液凝固的固液界面前沿的枝晶尖端，进一步诱发形核增殖效应，与靠近冒口区域下沉的晶核一起形成“结晶雨”效应，而锭模中金属液被诱导的旋流还将降低固液界面前沿温度梯度，形成内生形核条件，使整个锭模中的金属液的凝固组织进行细化或等轴晶化，最终得到均质化的模具钢初品。
13.s3：将模具钢半成品进行加热，加热分为三个阶段，第一阶段加热至500
‑
550℃，并
保温1.5h，第二阶段加热至900
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930℃，并保温2.5h，第三阶段加热至1230℃，并保温7h，从而对模具钢初品进行进一步的均质化处理，得到模具钢初品。
14.s4：将均质化后的模具钢初品采用两轻一重的直接拔长成型工艺进行锻造，锻造的初始温度在1100℃以上，终锻的温度不低于990℃。
15.s5：在锻造结束后，进行退火处理，先以66～85℃/小时的升温速度将锻件加热至860～870℃，保温4小时，保温后随炉冷却至730～740℃，恒温3小时后随炉冷却至500℃以下时出炉空冷。
16.s6：在退火处理后再进行淬火回火，采用油介质低淬低回的热处理方式，即1050～1060℃淬火，第一次回火570～590℃，第二次回火530～545℃，第二次回火后空冷，即得到所需的模具钢成品。
17.在本发明中，在模具钢初成型时，采用静磁场和旋转磁场所形成的复合磁场进行处理，确保磁场能够渗透进入金属液内，减轻了磁场的衰减，使得晶核能够快速分布在模具钢内，有效的提高了模具钢等轴晶率，均匀组织晶粒大小，降低成分宏观偏析，提高成品率。
18.在模具钢成型后期，通过三个阶段不同温度不同时间的加热，对模具钢进行匀质化处理，进一步的改善模具钢组织，提高了模具钢的纯度、密度、均匀和等向等特点，进而提高了模具钢的硬度、韧性、耐高温和耐磨耐用性能。
19.本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。