本发明属于钢材料，具体涉及一种新型高强韧耐磨冷作模具钢材料及其热处理工艺。
背景技术：
1、模具在汽车、电子、航空等制造业领域具有不可或缺的作用，模具钢则是一种专门应用于制作模具的钢种。模具钢需要具备一定的耐蚀性、强度、硬度和稳定性等，其性能直接决定了模具的质量与使用寿命。其中硬度是模具钢的主要技术指标，模具在高应力的作用下欲保持其形状尺寸不变，必须有足够高的硬度。对冷作模具钢而言，由于其作用于冷态下的金属变形加工，一般要求室温下的硬度保持在60hrc左右，一些高强韧冷作模具钢的硬度要求在60hrc以上。冷作模具钢的工作应力大，且工作时需要承受一定的冲击和磨损，工作条件较为苛刻。随着如今汽车及航空工业的不断发展，各种机械构件不断大型化、精密化，对于冷作模具钢的性能要求也变得越来越高。
2、ld冷作模具钢属于基体钢，与传统的冷作模具钢cr12钢相比具有更高的强韧性，冷、热加工工艺优良，应用日趋广泛。但其碳含量较低且合金含量较高，导致耐磨性有所下降，同时在硬度和抗拉强度方面也有很大提升的空间。如能在ld冷作模具钢高强度高硬度的基础上，通过合金配比设计和工艺调整提升其性能，开发研制出具有良好强韧性配合，能够更好适应现代生产对高端模具使用要求的材料，将有效提升模具使用寿命，提高生产效率和降低生产成本。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明的首要目的在于提供一种新型高强韧耐磨冷作模具钢材料的热处理工艺，该热处理工艺包括球化退火、调质处理和深冷处理，该热处理工艺流程简单、成本低，能够有效调整钢材料组织结构，优化其机械性能，使该材料最终在高强度下还具有一定的韧性配合。
2、本发明的第二目的在于提供一种新型高强韧耐磨冷作模具钢材料。该新型高强韧耐磨冷作模具钢材料通过合理添加fe、cr、ti、si等廉价合金元素，制造成本较低，且力学性能优异，在保持62hrc以上硬度的同时，展现出2760mpa以上的抗拉强度。
3、本发明的首要目的通过以下技术方案实现：
4、一种新型高强韧耐磨冷作模具钢材料的热处理工艺，包括如下步骤，
5、(1)冷作模具钢材料初产品的制备：按照如下质量百分比配制原料，c0.75％-0.85％，cr 7.50％-8.50％，v 1.50％-2.50％，mo 2.50％-3.00％，si0.30％-0.50％，mn0.20％-0.40％，ti 0.06％-0.10％，fe余量；将上述原料采用电弧炉熔炼，出钢温度为1550-1600℃，浇注温度为1480-1520℃；铸件随后进行锻造处理，制备得到冷作模具钢材料初产品；
6、(2)退火：将步骤(1)所述冷作模具钢材料初产品置于退火炉中，从室温加热至850℃-870℃保温2-3小时，然后炉冷至750℃-770℃保温5-6小时，随后炉冷至550℃以下出炉空冷至室温；
7、(3)淬火：将步骤(2)退火后的冷作模具钢材料初产品置于温度为1120-1150℃的淬火炉中，保温0.5-1小时后取出油冷淬火，冷至200℃以下；
8、(4)回火：将步骤(3)淬火后的冷作模具钢材料初产品置于温度为520-550℃的回火炉中，保温2-3小时取出空冷，回火次数2-3次；
9、(5)深冷处理：将步骤(4)回火后的冷作模具钢材料置于-196℃液氮箱中，保温12h-24h后取出，制备得到新型高强韧耐磨冷作模具钢材料。
10、优选地，步骤(1)中所述锻造处理工艺中，始锻温度1080℃-1020℃，终锻温度≥850℃。
11、由于金属原料没办法是百分之百的纯金属，制备的新型高强韧耐磨冷作模具钢材料中将含有p、s等杂质。
12、本发明的第二目的通过以下技术方案实现：
13、一种新型高强韧耐磨冷作模具钢材料，包括下述质量百分比的成分：c0.75％-0.85％，cr 7.50％-8.50％，v 1.50％-2.50％，mo 2.50％-3.00％，si0.30％-0.50％，mn0.20％-0.40％，ti 0.06％-0.10％，p≤0.03％，s≤0.03％，余量fe。
14、优选地，所述新型高强韧耐磨冷作模具钢材料，包括下述质量百分比的成分：c0.77％，cr 8.00％，v 1.90％，mo 2.90％，si 0.34％，mn 0.26％，ti 0.09％，p 0.01％，s0.01％，余量fe。
15、优选地，所述新型高强韧耐磨冷作模具钢材料，包括下述质量百分比的成分：c0.76％，cr 7.85％，v 1.91％，mo 2.80％，si 0.48％，mn 0.32％，ti 0.09％，p 0.01％，s0.01％，余量fe。
16、优选地，所述新型高强韧耐磨冷作模具钢材料，包括下述质量百分比的成分：c0.84％，cr7.61％，v 2.10％，mo 3.00％，si 0.39％，mn 0.25％，ti 0.07％，p 0.01％，s0.01％，余量fe。
17、优选地，所述新型高强韧耐磨冷作模具钢材料，包括下述质量百分比的成分：c0.77％，cr7.72％，v 2.05％，mo 2.60％，si 0.41％，mn 0.22％，ti 0.08％，p 0.01％，s0.01％，余量fe。
18、优选地，所述新型高强韧耐磨冷作模具钢材料，包括下述质量百分比的成分：c0.80％，cr8.10％，v 1.95％，mo 2.80％，si 0.42％，mn 0.38％，ti 0.07％，p 0.01％，s0.01％，余量fe。
19、本发明所述新型高强韧耐磨冷作模具钢材料之所以选择以上合金元素种类及其含量是因为：
20、碳(c)是模具钢中的重要元素之一，在钢中起固溶作用，能够增加钢的强度和硬度；同时保证钢材组织中碳化物的形成，可提高钢的耐磨性和耐热性等。在冷作模具钢中，增加含碳量可以保证钢材的硬度，提高其抗弯强度，但若含碳量过高，材料的韧性会发生下降。一般情况下，抗冲击及高强韧冷作模具钢的含碳量是0.5％-0.7％，高耐磨性冷作模具钢的含碳量在1.2％-2.3％。经过多次创新性实验，本发明测试出高强韧耐磨冷作模具钢材料最适合的碳含量为0.75％-0.85％。
21、铬(cr)能够提高钢的淬透性并起到二次硬化作用，显著提高钢的强度、硬度以及耐磨性。铬对钢的回火稳定性和红硬性的提高均有所贡献，因此其在弹簧钢、高速钢和结构钢等许多钢种中均有所应用。经过多次创新性实验，本发明测试出的铬的含量范围为7.5-8.5％。
22、钼(mo)有细化晶粒的作用，还能提高钢的淬透性和抗蠕变性能。钢中加入mo元素，可以起净化晶界作用，同时有效减轻回火引起的脆性，提高钢材的机械性能。经过多次创新性实验，本发明测试出的钼的含量范围为2.50％-3.00％。
23、硅(si)可以有效提高铁素体和奥氏体的强度与硬度，改善钢的耐磨性，并显著提高钢的弹性和疲劳强度。当si含量过高时，则会导致钢的塑性加工困难，降低材料的韧性，并使钢中出现带状组织，不利于钢材性能。经过多次创新性实验，本发明测试出的硅的含量范围为0.30％-0.50％。
24、钒(v)是强碳化物元素，能够在钢中形成稳定的碳化物，提高钢材的强度和硬度。v在高温溶于奥氏体时，可增加钢的淬透性。在钢中v还能提高钢材的回火稳定性，并产生二次硬化效应，提高基体硬度，延长钢材的使用寿命。经过多次创新性实验，本发明测试出的钒的含量为1.50％-2.50％。
25、钛(ti)是微合金元素，可以提高钢的临界点。ti在钢中能够与c形成tic，其在高温下性质十分稳定，能够有效阻碍热处理过程中晶粒的长大，并起到析出强化作用，提高钢的强硬度和韧性。经过多次创新性实验，本发明测试出的钛含量为0.06％-0.10％。
26、相对于现有技术，本发明所述新型高强韧耐磨冷作模具钢材料具有以下优点及有益效果：
27、(1)本发明通过严格的合金成分配比设计，并添加少量ti元素进行微合金化，有效提升了材料的强硬度和韧性；ti元素的加入细化了奥氏体晶粒，在钢中起到析出强化作用，与其他合金元素相比，ti元素资源相对丰富，应用较为广泛，可以在保证低成本的前提下有效提升材料机械性能；
28、(2)本发明通过退火工艺，有效改善了材料锻造组织均匀性并使碳化物球化，退火后配合高温淬火和高温回火三次的工艺，使该材料获得最佳的硬度和强韧性配合；
29、(3)本发明通过在常规回火工艺后添加一步深冷处理工艺，其工艺简单，成本较低，能有效促使钢材中的马氏体组织变得更致密以及碳化物析出更加弥散，使材料的强度和韧性均得到提升；
30、(4)本发明经上述热处理后，可达到如下力学性能：硬度≥62hrc，抗拉强度≥2760mpa，冲击吸收功≥72j，符合高强韧冷作模具钢的硬度要求。
1.一种新型高强韧耐磨冷作模具钢材料的热处理工艺，其特征在于，包括如下步骤，
2.根据权利要求1所述的新型高强韧耐磨冷作模具钢材料的热处理工艺，其特征在于，步骤(1)中所述锻造处理工艺中，始锻温度1080℃-1020℃，终锻温度≥850℃。
3.一种根据权利要求1或2任一项所述的新型高强韧耐磨冷作模具钢材料，其特征在于，包括下述质量百分比的成分：c 0.75％-0.85％，cr 7.50％-8.50％，v 1.50％-2.50％，mo 2.50％-3.00％，si 0.30％-0.50％，mn 0.20％-0.40％，ti0.06％-0.10％，p≤0.03％，s≤0.03％，余量fe。
4.根据权利要求3所述的新型高强韧耐磨冷作模具钢材料，其特征在于，包括下述质量百分比的成分：c 0.77％，cr 8.00％，v 1.90％，mo 2.90％，si 0.34％，mn 0.26％，ti0.09％，p 0.01％，s 0.01％，余量fe。
5.根据权利要求3所述的新型高强韧耐磨冷作模具钢材料，其特征在于，包括下述质量百分比的成分：c 0.76％，cr 7.85％，v 1.91％，mo 2.80％，si 0.48％，mn 0.32％，ti0.09％，p 0.01％，s 0.01％，余量fe。
6.根据权利要求3所述的新型高强韧耐磨冷作模具钢材料，其特征在于，包括下述质量百分比的成分：c 0.84％，cr7.61％，v 2.10％，mo 3.00％，si 0.39％，mn 0.25％，ti0.07％，p 0.01％，s 0.01％，余量fe。
7.根据权利要求3所述的新型高强韧耐磨冷作模具钢材料，其特征在于，包括下述质量百分比的成分：c 0.77％，cr7.72％，v 2.05％，mo 2.60％，si 0.41％，mn 0.22％，ti0.08％，p 0.01％，s 0.01％，余量fe。
8.根据权利要求3所述的新型高强韧耐磨冷作模具钢材料，其特征在于，包括下述质量百分比的成分：c 0.80％，cr8.10％，v 1.95％，mo 2.80％，si 0.42％，mn 0.38％，ti0.07％，p 0.01％，s 0.01％，余量fe。
