熱作模具鋼的製作方法

2023-06-27 02:17:56

專利名稱：熱作模具鋼的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬材料技術領域的合金鋼，具體是一種熱作模具鋼。
技術背景熱作模具鋼目前廣泛使用的鋼號是H13， GB/T1299-2000鋼號4Cr5MoSiVl， 等效引進ASTM標準的H13鋼。它強韌兼備，有良好的抗熱疲勞和熱穩定性。熱 作模具鋼服役的工作狀況相當複雜，在使用溫度超過60(TC時，H13由於耐熱性 不足將失去原來的優良性能，高耐熱性的3Cr2W8V鋼又因韌性差、抗熱疲勞性能 不好，模具常龜裂而早期失效。提高H13鋼的耐熱性、保持其強韌性的同時提高 其使用溫度是目前的主要任務。經對現有技術的女獻檢索發現，提高H13鋼的耐熱性現有幾個途徑 一是添 加1%A1等以改善鋼的性能。2004年授權的發明專利——申請號00117148.8就 是H13+1%A1 (另加0. 3%Nb未談實施)用於Al型材熱擠壓模具，主要通過改善 表面氮化層，較大幅度提高了鋼的抗熔損性能，發明人推斷除熱擠外，還適應熱 壓鑄和熱鍛。第二個途徑是調整H13化學成份和優化生產工藝。已公開的發明專利 200610116358. 6，其化學成份特徵在於碳比H13低約15%，不用Si作合金元素， 降低Cr約25%，提高Mo約60%並加超過1%W進一步補充Mo的作用。公開的對比 數據顯示，600'C回火後硬度值比H13高5%，其600'C回火穩定性明顯比H13高， 且其韌性好。該鋼強韌兼備，耐熱性優於H13，但缺乏〉600-70(TC的描述與數 據。同屬於這個途徑的國外己商品化的8418鋼(瑞典)，L 2367鋼(德國)，表 明類似的成份調整尚難適用於〉600-650 °C使用溫度場合。 第三個途徑是添加適量Co， W、 Mo。國外有資料報導，對含SiP/。的Al熱壓鑄，A1液溫度達750。C，由於抗熱熔 損和耐熱性要求高，H13型、8418型均不滿足要求，特別指出含鈷質量百分數為C: 0.36-0.44P:《0.030Mo: 1.60-2.20 Co: 0.50-1.50Mn: 0.20-0.80 Cr: 3.00-4.00 V: 0.80-1.50Mn: 0.40-0.80 Cr: 3.20-3.80 V: 0.80-1.204的H19-4Cr4W4MoV2Co4適用於熱熔損比韌性更重要的場合。 發明內容本發明針對現有技術的不足，提供一種熱作模具鋼，使其硬度達到52HRC， 具有高的耐熱性又有適度韌性支持，適合超過60(TC至70(TC下做熱作模具使用。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明所述的熱作模具鋼，包含的組分 及其質量百分數為Si: 0.25-0.50 S:《0.030 W: 1.50-2.00 餘量為Fe。 本發明上述組分質量百分數優選範圍為 C: 0.36-0.42 Si: 0.25-0.50P:《0.020 S:《0.012Mo: 1.60-2.00 W: 1.50-1.80Co: 0. 50-1. 00 餘量為Fe。本發明按H13工藝與流程製備。 本發明的設計依據是C:綜合力學性能良好的， 一般均為中碳鋼。以H13含碳量為基，強調高韌性而高強韌的選偏低碳量，強調夠用韌性支持下儘可能提高熱強性宜選偏高的碳量。本發明碳量0. 36-0. 44%為H13的中上限，恰與公開發明專利200610116358. 6 的碳量0. 30-0. 36%，形成銜接。Cr:是淬透性和在40-50HRC硬度下有高韌性的重要保證。在要求儘可能提 高熱強性的狀況下，由於Cr形成高鉻碳化物，對碳化釩析出有阻礙作用，會降 低鋼的熱強性，把H13的5%Cr降低為3-4%，降低幅度25%。Mo和W:都是強碳化物形成元素，可提高高溫強度和熱穩定性。二者作用互 補，搭配使用效果好。本發明Mo+l/1.8W達2. 7與專利200610116358. 6相當。 (H13為1. 5)V:是更強的碳化物形成元素，釩的碳化物硬度最高，顆粒細小分布彌散， 有力促進鋼的二次硬化效果和抗回火軟化能力，從而提高耐熱性，加 1%，與H13鋼相同。Co:鈷是非碳化物形成元素，熔於基體，可阻礙晶粒長大；熔於碳化物，可 提高碳化物的穩定性，都有助於鋼的耐熱性提高。但Co會使韌性惡化，故選少量加入。本發明加入量為0. 5-1. 5°/0，比H19低一半。Si:也是非碳化物形成元素，在要求高溫工作具高熱強性的條件下，Si強化基體等作用已消失，促進脫碳等負面影響浮出， 一般不單獨作合金元素使用。與現有技術相比，本發明通過調整H13化學成份並添加不大於質量百分數 1.5的鈷，獲得有適度韌性支持的高熱強熱作模具鋼，這種鋼經熱處理後的使用 硬度為45-52HRC，具有高的耐熱性又有適度韌性支持，適合超過600'C至70(rC 下做熱作模具使用。
具體實施方式
下面對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下 進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限 於下述的實施例。實施例l: 0142mm扒皮圓鋼1、 冶煉按本實施例的合金鋼，其組分的質量百分數為C : 0. 42 Si : 0. 48 Mn : 0. 22 P : 0. 021 S : 0. 020 Cr:3.80 Mo:1.98 W:1.80 V:1.18 Co: 0.99 餘量為Fe。2、 感應爐冶煉加電渣重熔。冶煉澆注O130ram電極棒，電渣重熔成850 kg 鋼錠並退火，工藝按H13現行工藝執行。3、 鍛造按H13工藝開坯並成cP150mm黑皮材，緩冷退火。4、 粗車成0142mm成品，質量檢驗合格(含內部質量、表面質量和尺寸公差)。實施例2:熱鍛模塊鋼 160鵬X220mmX325ram1、 冶煉按本實施例的合金鋼，其組分的質量百分數為C: 0.44 Si: 0.31 Mn: 0.75 P: 0.020 S: 0.010 Cr:3.96Mo:2. 18W: 1.97V: 1.49Co: 1,47 餘量為Fe。2、 感應爐冶煉加電渣重熔。冶煉澆注0n30ram電極棒，電渣重熔成850 kg鋼錠並退火，工藝按H13現行工藝執行。3、 鍛造按H13工藝開210方坯，坯緩冷修磨並經超聲波探傷合格，再加熱 並鍛成160mmX220mm扁鋼，熱切成模坯。4、 模坯經機加工並熱處理到48HRC後，使用壽命約9千次。實施例3:熱鍛模塊 135mmX135mmX230mm1. 冶煉按本實施例的合金鋼，其組分的質量百分數為C: 0.37Si: 0.32Mn: 0.53P: 0.018 S: 0.010Cr:3.43 Mo:1.92 W: 1.56 V:0.83 Co: 0.92 餘量為Fe。2. 感應爐冶煉加電渣重熔。冶煉澆注①130mm電極棒，電渣重熔成850 kg鋼 錠並退火，工藝按H13現行工藝執行。3. 鍛制開坯電渣錠按H13工藝開成210方坯。緩冷退火後切成模塊用坯。4. 模塊鍛制採用鐓拔工藝提高模塊組織均勻性，縱向鐓粗，橫向拔長，端 面找平。5. 模塊經退火，超聲探傷等檢驗合格。6. (制模)機加工——淬回火處理，達到要求的47土1HRC——精加工成模具。7. (使用)模鍛件為汽車零件，加熱到 120(TC後鍛制，每分鐘鍛成15個， 零件出模溫度超過IOO(TC,模具間隙時間約1分鐘，用粉狀物潤滑兼冷卻，工 況要求模具材料在適度韌性支持下有高的抗回火穩定性和耐熱性。8. 本實施例的合金鋼使用壽命達1萬次，高的1.3萬次，滿足使用要求。實施例4:板手熱鍛模坯 110raraX110mmX280腿1. 本實施例包含的組分及其質量百分數為C: 0.42Si: 0.47Mn: 0.61P: 0.023 S: 0.010Cr:3.78 Mo:1.96 W: 1.79 V: 1. 19 Co: 0.98 餘量為Fe。2. 感應爐冶煉加電渣重熔。冶煉澆注電極棒，電渣重熔成850 kg鋼錠並退火， 鍛造熱鍛成210方坯，坯緩冷修磨並經超聲探傷合格，再加熱並鍛成110X110方鋼，熱切成模坯後緩冷、退火.工藝按H13現行工藝執行。3.模坯經機加工並熱處理到52. 1服C，經多次試鍛，壽命穩定在4千次以上， 用戶表示滿意。原用3Cr2W8V壽命極不穩定。實施例5:多輥軋機中間輥坯 O125X12501. 本實施例包含的組分及其質量百分數為C: 0.36Si: 0.26Mn: 0.39P: 0.019 S: 0.017Cr: 3.02 Mo: 1.62 W: 1.51 V: 0.83 Co: 0.51餘量為Fe。2. 感應爐冶煉加電渣重熔。冶煉澆注電極棒，電渣重熔成1500 kg鋼錠並退 火，工藝按H13現行工藝執行。3. 鍛造按H13工藝開坯，並成0125定尺材，緩冷退火。4. 粗加工後輥坯經快速均細化熱處理後，再整體淬回火，硬度按50-52HRC 控制。5. 中間輥通過試用，可以順利正常使用。
權利要求
1. 一種熱作模具鋼，其特徵在於，包含的組分及其質量百分數為C0.36-0.44 Si0.25-0.50 Mn0.20-0.80P≤0.030 S≤0.030Cr3.00-4.00Mo1.60-2.20W1.50-2.00 V.0.80-1.50Co0.50-1.50餘量為Fe。
2、 根據權利要求1所述的熱作模具鋼，其特徵是，包含的組分及其質量百分數為C: 0.36-0.42 Si: 0.25-0.50 Mm 0.40-0.80P:《0.020 S:《0.012 Cr: 3.20-3.80Mo: 1.60-2.00 W: 1.50-1.80 V: 0.80-1.20Co: 0.50-1.00 餘量為Fe。
全文摘要
本發明涉及一種材料技術領域的熱作模具鋼，包含的組分及其質量百分數為C 0.36-0.44，Si 0.25-0.50，Mn 0.20-0.80，P≤0.030，S≤0.030，Cr 3.00-4.00，Mo 1.60-2.20，W 1.50-2.00，V 0.80-1.50，Co 0.50-1.50，餘量為Fe。這種鋼經熱處理後的使用硬度為45-52HRC，具有高的耐熱性又有適度韌性支持，適合超過600℃至700℃下做熱作模具使用。
文檔編號C22C38/30GK101250668SQ200810035538
公開日2008年8月27日 申請日期2008年4月3日 優先權日2008年4月3日
發明者盧南法, 安全長, 耀 沈, 潘幹群, 田慶亮, 珣 蔡, 陳躍南 申請人:上海交通大學;浙江一勝特工模具股份有限公司