專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高耐磨熱鍛模具鑄鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種鑄鋼材料，特指一種高耐磨熱鍛模具鑄鋼(NCDS)。
背景技術(shù)：
熱鍛模具在高速發(fā)展的汽車(chē)、機(jī)械、農(nóng)機(jī)等重要的支柱產(chǎn)業(yè)中占有舉足輕重的地位，需求量與日劇增。鑄造熱鍛模具同傳統(tǒng)的鍛坯經(jīng)機(jī)械加工成形模具相比，由于材料利用率高、切削加工量小、生產(chǎn)周期短、成本低、壽命高等優(yōu)點(diǎn)，具有明顯的經(jīng)濟(jì)性及先進(jìn)性。
鑄造熱鍛模的性能和壽命主要取決于模具的材料。因此，鑄造熱鍛模具鋼的開(kāi)發(fā)研究對(duì)鑄造熱鍛模的應(yīng)用是至關(guān)重要的。熱鍛模具鑄鋼從上世紀(jì)50年代開(kāi)始主要是直接采用鍛造模具鋼的成分；隨后為了提高某一方面的性能在原鍛造模具鋼的基礎(chǔ)上進(jìn)行微合金化或加入單元素的合金化。近幾十年來(lái)，鑄造熱鍛模具鋼的合金化設(shè)計(jì)有了較大的發(fā)展，以性能要求為基礎(chǔ)，并參考鍛造模具鋼的合金成分。目前鑄造熱鍛模具鋼的合金成分設(shè)計(jì)以韌性為主，把沖擊韌性作為依據(jù)來(lái)防止模具的脆性斷裂。從國(guó)內(nèi)外鑄造熱鍛模具鋼的研究也可以看出，在合金成分設(shè)計(jì)上多以沖擊韌性為依據(jù)，或把沖擊韌性放在一個(gè)非常突出的重要位置，以改善塑性、韌性為前提。不僅如此，在鍛模生產(chǎn)中一般將αK作為韌性的性能指標(biāo)，鍛模用鋼要求αK≮30J/cm2，而對(duì)鑄造模塊αK≮20J/cm2。鑄造熱鍛模的應(yīng)用實(shí)踐表明鑄造熱鍛模具鋼的合金成分設(shè)計(jì)以提高韌性為主，把沖擊韌性作為韌性指標(biāo)為依據(jù)是不合理的，不能保證熱鍛模具的脆性斷裂。在熱鍛模生產(chǎn)和應(yīng)用中偏面地要求熱鍛模具有高的沖擊韌性是不利的，特別是對(duì)于鑄造熱鍛模，導(dǎo)致模具的耐磨性不高、壽命低。而且發(fā)現(xiàn)高壽命鑄造熱鍛模具主要以高溫磨損為主要失效形式，高的耐磨性是進(jìn)一步提高鑄造熱鍛模具壽命的關(guān)鍵。
專(zhuān)利(公開(kāi)號(hào)1405353)是目前國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域最新的研究成果。該研究通過(guò)優(yōu)化合金成分設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)出了新型鑄造熱鍛模具鋼(CDS)，其成分為(wt％)C 0.15～0.35，Cr 1.5～3.75，Mo 0.5～2.5，Ni 0.6～2.5，V 0.1～0.8，W 0.1～0.8，Mn 0.2～0.6，Si 0.2～0.6，S≤0.04，P≤0.04。但該研究仍以沖擊韌性為合金設(shè)計(jì)的依據(jù)，耐磨性能低，導(dǎo)致熱鍛模的壽命不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決以往以韌性(沖擊韌性)為依據(jù)的合金成分設(shè)計(jì)的鑄造熱鍛模具鋼耐磨性差、壽命偏低的問(wèn)題。在本發(fā)明中采用以磨損性能為依據(jù)進(jìn)行熱鍛模具鑄鋼的合金成分設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)出一種高耐磨熱鍛模具鑄鋼，可廣泛應(yīng)用于熱鍛模的制造。
一種高耐磨熱鍛模具鑄鋼，其特征在于成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)算，C 0.2～0.4，Cr 3.0～5.0，Mo 2.0～3.5，Ni 1.0～2.0，V 0.6～1.2，Mn≤0.8，Si≤0.8，S≤0.04，P≤0.04，其余成分為Fe。
上述方案中成分的優(yōu)選范圍為C 0.2～0.3，Cr 3.0～4.0，Mo 2.0～3.0，V 0.6～0.9，上述方案中成分的最佳取值點(diǎn)為C 0.3，Cr 4.0，Mo 3.0，Ni 1.0，V 0.9。
本發(fā)明解決了以往以韌性(沖擊韌性)為合金成分設(shè)計(jì)依據(jù)的鑄造熱鍛模具鋼耐磨性差、壽命偏低的問(wèn)題，冶煉成本低、性?xún)r(jià)比高。


圖1本發(fā)明NCDS鋼與專(zhuān)利1405353報(bào)導(dǎo)的CDS鋼、H13鋼以及進(jìn)口H13鋼的磨損率對(duì)比圖2H13鋼高溫磨損形貌圖3進(jìn)口H13鋼高溫磨損形貌圖4專(zhuān)利1405353報(bào)導(dǎo)的CDS鋼高溫磨損形貌圖5本發(fā)明NCDS鋼高溫磨損形貌圖6本發(fā)明NCDS鋼高溫磨損表面XRD分析具體實(shí)施方式
采用廢鋼、鉻鐵、鉬鐵、釩鐵、純鎳、生鐵為原材料，按表1中給出的高耐磨熱鍛模具鑄鋼(NCDS)合金成分配料，采用250Kg中頻感應(yīng)電爐不氧化法熔煉，當(dāng)鋼液溫度達(dá)到1550℃時(shí)，插鋁脫氧出鋼。在澆包中預(yù)先放入RE、Si-Ca等合金，采用沖入法對(duì)鋼液進(jìn)行孕育變質(zhì)處理，然后在鑄型中鑄出模具外形及型腔。試樣經(jīng)箱式電阻爐720℃回火后進(jìn)行粗加工，采用箱式電阻爐1080℃正火進(jìn)行預(yù)處理，作組織準(zhǔn)備。然后在高溫鹽浴爐中經(jīng)1020℃保溫油冷獲得馬貝復(fù)相組織，回火處理采用普通箱式電阻爐或硝鹽浴爐600℃回火，保溫時(shí)間多于2h，回火兩次，在箱式電阻爐熱處理時(shí)均采用了防高溫氧化涂料保護(hù)，最后進(jìn)行磨削加工成最終熱鍛模具。
表1對(duì)比分析高耐磨熱鍛模具鑄鋼(NCDS)與專(zhuān)利(公開(kāi)號(hào)1405353)報(bào)導(dǎo)的鑄造熱鍛模具鋼(CDS)和H13鋼的主要合金成分對(duì)比。在高耐磨熱鍛模具鑄鋼中碳化物以彌散析出的V4C3為主及少量的Cr、Mo碳化物，Cr、Mo主要作為固溶元素存在于基體中保證了鋼的熱強(qiáng)性和熱穩(wěn)定性。因此，高的熱強(qiáng)性和高的強(qiáng)韌性對(duì)表面的氧化物膜起到良好的支撐作用，并阻礙裂紋的擴(kuò)展，使氧化膜不易剝落，磨損率降低。
本專(zhuān)利的熱鍛模具鑄鋼的合金化設(shè)計(jì)以耐磨性為依據(jù)，兼顧其它性能。根據(jù)熱鍛模具與熾熱金屬直接接觸摩擦模具表面溫度可達(dá)到500℃左右及一般鍛壓設(shè)備的加載速度在0.3～9m/s。采用MG-2000型銷(xiāo)盤(pán)式高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行高溫磨損實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)規(guī)范確定為干摩擦條件，試驗(yàn)溫度為400℃(由于摩擦熱使接觸溫度接近熱鍛模型腔的溫度)，轉(zhuǎn)速為2m/s，每次試驗(yàn)時(shí)間15min，總的滑行距離為1.8×103m。磨損結(jié)果見(jiàn)圖1。
表1NCDS、CDS和H13鋼的主要合金成分對(duì)比


由圖1可見(jiàn)，高耐磨熱鍛模具鑄鋼具有高的強(qiáng)韌性、熱強(qiáng)性和熱穩(wěn)定性，具有高的高溫耐磨性，磨損率與進(jìn)口H13鋼(YSB)相當(dāng)，明顯低于專(zhuān)利(公開(kāi)號(hào)1405353)報(bào)導(dǎo)的CDS鋼和H13國(guó)產(chǎn)鍛鋼，僅為國(guó)產(chǎn)H13鍛鋼的1/3～1/5。
可見(jiàn)，本發(fā)明的高耐磨熱鍛模具鑄鋼與專(zhuān)利(公開(kāi)號(hào)1405353)發(fā)明的鑄造熱鍛模具鋼和H13鋼相比合金化設(shè)計(jì)合理、冶煉成本低、性?xún)r(jià)比高。
權(quán)利要求
1.一種高耐磨熱鍛模具鑄鋼，其特征在于成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)算，C 0.2～0.4，Cr 3.0～5.0，Mo 2.0～3.5，Ni 1.0～2.0，V 0.6～1.2，Mn≤0.8，Si≤0.8，S≤0.04，P≤0.04。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高耐磨熱鍛模具鑄鋼，其特征在于部分成分的優(yōu)選范圍為C 0.2～0.3，Cr 3.0～4.0，Mo 2.0～3.0，V 0.6～0.9，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高耐磨熱鍛模具鑄鋼，其特征在于部分成分的最佳取值點(diǎn)為C 0.3，Cr 4.0，Mo 3.0，Ni 1.0，V 0.9。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種新型高耐磨熱鍛模具鑄鋼，是為了解決以往以韌性(沖擊韌性)為合金成分設(shè)計(jì)依據(jù)的鑄造熱鍛模具鋼耐磨性差、壽命偏低的問(wèn)題。其特征是采用以磨損性能為依據(jù)進(jìn)行熱鍛模具鑄鋼的合金成分設(shè)計(jì)，該高耐磨熱鍛模具鑄鋼中碳化物以彌散析出的V
文檔編號(hào)C22C38/46GK1847441SQ200610038628
公開(kāi)日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2006年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月6日
發(fā)明者王樹(shù)奇, 崔向紅 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)