CN104745941A - 一种用于高强度锻造的模具材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于高强度锻造的模具材料及其制备方法，属于模具钢领域。其组成元素及重量百分比为：C：0.36～0.38％；Si：0.30～0.50％；P≤0.035％；S≤0.010％；Cr：6.8～7.6％；Mo：4.7～5.4％；V：1.8～2.6％；其余为Fe。该模具材料的制备方法，其步骤为：1)按照配方冶炼电渣钢锭，锻造毛坯；2)进行机加工；3)工件加热到1030～1080℃，淬火；4)工件加热到400～550℃。本发明利用第二相强化和弥散强化，降低了其裂纹倾向，有利于锻造加工，同时提高了抗疲劳性能，延长了工件的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于模具钢领域，具体的说，涉及一种用于高强度锻造的模具材料及其制备方法。
背景技术
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，主要受模具材料自身和热处理工艺的影响。
模具钢大致可分为：冷轧模具钢、热轧模具钢和塑料模具钢三类，最常见的是用于锻造、冲压、切型、压铸等。由于各种模具用途不同，工作条件复杂，因此对模具用钢，按其所制造模具的工作条件，应具有较高的硬度、强度、耐磨性，足够的韧性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工艺性能。由于这类用途不同，工作条件复杂，因此对模具用钢的性能要求也不同。
冷轧模具包括冷冲模、拉丝模、拉延模、压印模、搓丝模、滚丝板、冷镦模和冷挤压模等。冷作模具用钢，按其所制造具的工作条件，应具有高的硬度、强度、耐磨性、足够的韧性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工艺性能。用于这类用途的合金工具用钢一般属于高碳合金钢，碳质量分数在0.80％以上，铬是这类钢的重要合金元素，其质量分数通常不大于5％。但对于一些耐磨性要求很高，淬火后变形很小模具用钢，最高铬质量分数可达13％，并且为了形成大量碳化物，钢中碳质量分数也很高，最高可达2.0％～2.3％。冷作模具钢的碳含量较高，其组织大部分属于过共析钢或莱氏体钢。热轧模具分为锤锻、模锻、挤压和压铸几种主要类型，包括热锻模、压力机锻模、冲压模、热挤压模和金属压铸模等。热变形模具在工作中除要承受巨大的机械应力外，还要承受反复受热和冷却的做用，而引起很大的热应力。热作模具钢除应具有高的硬度、强度、红硬性、耐磨性和韧性外，还应具有良好的高温强度、热疲劳稳定性、导热性和耐蚀性，此外还要求具有较高的淬透性，以保证整个截面具有一致的力学性能。
随着科学技术的发展，对模具材料的要求越来越高，尤其是大型模具对材料的要求越来越高，一方面要求刚度好，另外一方面还要心部韧性好、使用寿命长，成本低，尤其是对于锻造加工的模具，要适合锻造，不能再锻造时产生裂纹，而现有的模具材料已经无法满足科学技术发展的需要。
中国专利申请号201010198945.0，申请日：2010年06月11日，公开了一份名称为一种大型盘类件的旋转锻造方法及锻造装置的专利申请文件，该发明提出了一大型盘类件的旋转锻造方法及锻造装置。该方法包括锻造模具的设计、坯料准备、预锻分流槽、定位坯料和分步旋转 锻造，并且基于该方法本发明提出了一种可以实现上锻模和下模相对旋转的锻造装置,通过上锻模和下模的旋转锻造来对盘类工件进行局部的渐进成形。为了对锻造过程中金属的流动进行控制，在旋转锻造前加入了分流槽预锻造工步。并且，针对旋转锻造过程中工件翘曲现象，提出了采用特殊结构的上锻模。该成形方法成形载荷低，模具简单加工费用低，可以很大程度的降低目前大型盘类件的制造成本。
但是这些不适合批量的加工，尤其是锻造模具。
发明内容
1、要解决的问题
针对现在对锻造毛坯的性能要求越来越高，而现有技术中模具材料和处理方法存在在锻造过程中产生裂纹、寿命短等缺陷的问题，本发明提供一种用于高强度锻造的模具材料及其制备方法，其锻造后的模具无裂纹，晶粒度细小，使用寿命延长。
2、技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种用于高强度锻造的模具材料，其组成元素及重量百分比为：C：0.36～0.38％；Si：0.30～0.50％；P≤0.035％；S≤0.010％；Cr：6.8～7.6％；Mo：4.7～5.4％；V：1.8～2.6％；其余为Fe。
一种用于高强度锻造的模具材料，其组成元素及重量百分比为：C：0.37％；Si：0.40％；P≤0.035％；S≤0.010％；Cr：7.1％；Mo：5.0％；V：2.1％；其余为Fe。
一种用于高强度锻造的模具材料的处理方法，其步骤为：
1)按照前面所述的配方制备毛坯；
2)将步骤1)中得到的毛坯预热到400～500℃，保温30～70min，然后加热到850～870℃，保温30-60min；然后加热到1040～1060℃，保温20～60min，加热速度控制在20～30℃/min；淬火；
3)将步骤2)中得到的工件加热到400～650℃，保温60-100min，空冷得到所要加工的工件。
优选地，所述的步骤2)中的淬火为水淬。
优选地，所述的水淬采用专利号为201310350402.X中的淬火剂。
优选地，所述的步骤3)中空冷时采用吹气的方式，气体中添加体积含量分数为8-13％的二氧化碳。添加二氧化碳后，冷却的过程中避免表面裂纹产生，同时能在其表面形成保护层。
本发明的材料在1030～1080℃时会析出α-Cr；α-Cr不但没有降低其韧性，反倒在锻造过程中降低其裂纹倾向，提高使用寿命，尤其是提高锻造后材料的寿命。本发明的材料在热处理 过程中能在晶界处形成第二相弥散析出，阻碍了位错在晶界处的移动，利用第二相在晶界处的钉扎作用，降低了裂纹倾向。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明不采用Mn，提高了Cr、Mo和V的含量，利用第二相强化和弥散强化，降低了其裂纹倾向，有利于锻造加工，同时提高了抗疲劳性能，延长了工件的使用寿命；
(2)本发明的加工方法能促进第二相的形成，避免裂纹产生，尤其是加热速度的控制，强化弥散效果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
一种用于高强度锻造的模具材料，其组成元素及重量百分比为：C：0.36％；Si：0.50％；P≤0.035％；S≤0.010％；Cr：7.6％；Mo：4.7％；V：2.6％；其余为Fe。
该用于高强度锻造的模具材料的制备方法，其步骤为：
1)将原料按C：0.36％；Si：0.50％；P≤0.035％；S≤0.010％；Cr：7.6％；Mo：4.7％；V：2.6％；其余为Fe的配方制备毛坯；
2)按配方冶炼Φ300电渣锭，下料190KG中的342mm长入炉加热，第一步，沿钢锭方向锻成600*200*200mm；第二步，钢锭方向不变锻成400*250*220mm；第三步，钢锭方向不变锻成700*225*125mm；得到锻造后的毛坯；
3)将步骤2)中得到的锻造后的毛坯预热到500℃，保温40min，然后加热到870℃，保温60min；然后加热到1080℃，保温60min，加热速度控制在30℃/min淬火，淬火为水淬，水淬采用专利号为201310350402.X申请文件中实施例1中的淬火剂；
4)将步骤3)中得到的工件加热到500℃，保温180min，空冷得到所要加工的工件，空冷时采用吹气的方式，气体中添加体积含量分数为10％的二氧化碳。
使用次数比编号为2367德国热作模具钢的使用寿命提高35％。
实施例2
同实施例1，所不同的是，试验材料的组成元素及重量百分比为：C：0.37％；Si：0.40％；P≤0.035％；S≤0.010％；Cr：7.1％；Mo：5.0％；V：2.1％；其余为Fe；1)按配方冶炼Φ300电渣锭；2)下料210KG约378mm长入炉加热，第一步，沿钢锭方向锻成600*215*215mm，第二步，钢锭方向不变锻成400*250*250mm，第三步，钢锭方向不变锻成Φ308*280*280mm；得到锻造后的毛坯；步骤3)毛坯预热到450℃，保温55min，然后加热到850℃，保温60min； 然后加热到1050℃，保温50min，加热速度控制在30℃/min淬火，淬火为水淬，水淬采用专利号为201310350402.X实施例2中的淬火剂；步骤4)中将工件加热到480℃，保温60min，空冷得到所要加工的工件，空冷时采用吹气的方式，气体中添加体积含量分数为13％的二氧化碳。锻造的工件使用次数比编号为2367德国热作模具钢的使用寿命提高31％。
实施例3
同实施例1，所不同的是，试验材料的组成元素及重量百分比为：C：0.38％；Si：0.30％；P≤0.035％；S≤0.010％；Cr：6.8％；Mo：5.4％；V：1.8％；其余为Fe；1)按配方冶炼Φ300电渣锭，2)下料160KG约288mm长入炉加热，第一步，沿钢锭方向锻成600*225*150mm，第二步，钢锭方向不变锻成400*300*160mm，第三步钢锭方向不变锻成555*255*125mm；得到锻造后的毛坯；步骤3)毛坯预热到450℃，保温70min，然后加热到860℃，保温40min；然后加热到1030℃，保温60min，加热速度控制在26℃/min；淬火为水淬，水淬采用专利号为201310350402.X实施例2中的淬火剂；步骤4)中将工件加热到550℃，保温180min，空冷得到所要加工的工件，空冷时采用吹气的方式，气体中添加体积含量分数为8％的二氧化碳。锻造毛坯使用次数比编号为2367德国热作模具钢的使用寿命提高27％。
将实施例1的产品正火后即可进行机加工，例如开孔加工成各种型号的模具，经过检验，本发明加工的材料制作的相同形状的模具，使用寿命比编号为2367德国热作模具钢的使用寿命提高39-45％。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，实施例中所给出的也只是本发明的实施方式之一，实际的配方并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于高强度锻造的模具材料，其组成元素及重量百分比为：C：0.36～0.38％；Si：0.30～0.50％；P≤0.035％；S≤0.010％；Cr：6.8～7.6％；Mo：4.7～5.4％；V：1.8～2.6％；其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的一种用于高强度锻造的模具材料，其组成元素及重量百分比为：C：0.37％；Si：0.40％；P≤0.035％；S≤0.010％；Cr：7.1％；Mo：5.0％；V：2.1％；其余为Fe。
3.一种用于高强度锻造的模具材料的处理方法，其步骤为：
1)按照权利要求书1所述的配方制备毛坯；
2)将步骤1)中得到的毛坯预热到400～500℃，保温30～70min，然后加热到850～870℃，保温30-60min；然后加热到1030～1080℃，保温20～60min，加热速度控制在20～30℃/min，淬火；
3)将步骤2)中得到的工件加热到400～650℃，保温60-100min，空冷得到所要加工的工件。
4.根据权利要求1所述的一种用于高强度锻造的模具材料的处理方法，其特征在于，所述的步骤2)中的淬火为水淬。
5.根据权利要求4所述的一种用于高强度锻造的模具材料的处理方法，其特征在于，所述的水淬采用专利号为201310350402.X中的淬火剂。
6.根据权利要求3所述的一种用于高强度锻造的模具材料的处理方法，其特征在于，所述的步骤3)中空冷时采用吹气的方式，气体中添加体积含量分数为8-13％的二氧化碳。
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