專利名稱：高強(qiáng)韌冷作模具鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)韌冷作模具鋼及其制備方法，該模具鋼合金成本低，具有較 好的強(qiáng)度和韌性的配合，適用于制造精密復(fù)雜模具，屬合金鋼制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
模具是機(jī)械、電子、汽車、通訊、家電等工業(yè)產(chǎn)品的基礎(chǔ)工藝裝備。作為基礎(chǔ)工業(yè)， 模具的質(zhì)量、精度、壽命對(duì)其他工業(yè)的發(fā)展起著十分重要作用，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著無可 置疑的關(guān)鍵作用。冷作模具鋼主要用于沖壓、下料、成型、彎曲、冷擠壓、冷拉、粉末冶金模具 等，要求具有高硬度、高耐磨性和足夠的韌性。一般分為，通用型和特殊型兩大類。長(zhǎng)期以 來，我國廣泛采用CrWMn、Crl2型鋼作為冷作模具的主選材料。由于前者易形成網(wǎng)狀碳化 物，后者易形成帶狀碳化物，碳化物的嚴(yán)重偏析使模具的強(qiáng)韌性降低，導(dǎo)致模具崩刃、斷裂 或塌陷。為解決模具的早期失效問題，拓寬模具工業(yè)對(duì)鋼材的需求，國內(nèi)相繼研制成功一批 高強(qiáng)度、高韌性、抗磨損、紅硬性好的高速鋼、基體鋼、熱處理微變形鋼、鋼結(jié)硬質(zhì)合金等新 鋼種。為了適應(yīng)工業(yè)的發(fā)展需求，我國的研究人員在模具鋼新鋼種的開發(fā)上，主要是針對(duì)當(dāng) 前模具在使用過程中所存在的使用壽命問題、開裂、塌陷等由于失效形式，調(diào)整現(xiàn)有模具材 料中合金成分，在保證材料現(xiàn)有性能的前提下，調(diào)整材料中合金元素含量，降低材料生產(chǎn)成 本，或在當(dāng)前應(yīng)用廣、性能高的模具材料基礎(chǔ)上，完善合金元素配比，使材料具得更高的機(jī) 械性能和使用性能。模具鋼的工作環(huán)境和工作條件，要求材料具有高的熱強(qiáng)性和淬透性，所 以在這兩個(gè)合金化思路中，研究后者的居多。目前在國內(nèi)主要采取的合金化思路主要是在 材料中加入一些合金元素使材料具有一次和二次強(qiáng)化效果從而提高材料的強(qiáng)韌性，同時(shí)， 除Cr、Mn外，再加入Mo、W、V和Ni等元素，保證材料組織細(xì)小，二次硬化效果明顯具有較好 的強(qiáng)韌性。如DS鋼是采用中碳加Ni，以Mo代替部分W，多元少量合金化方案研制的一種高 韌性耐沖擊模具鋼，具有較好的工藝性和力學(xué)性能。由于冷作模具的使用環(huán)境比較惡劣，要求冷作模具鋼具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性配合，以 及適當(dāng)?shù)哪湍バ阅?。合金成本的將低可以使產(chǎn)品在市場(chǎng)中更加具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明開發(fā) 了合金成本低、具有較好強(qiáng)韌性配合的冷作模具鋼。適用于制造精密復(fù)雜模具用鋼。該冷作模具鋼通過加熱到850°C 930°C奧氏體化后，促使合金元素大量溶入基 體，提高合金度，增強(qiáng)固溶強(qiáng)化效果。同時(shí)，在進(jìn)行二次回火過程中，彌散析出細(xì)小均勻的第 二相粒子通過沉淀強(qiáng)化，提高材料強(qiáng)韌性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種成本低，具有較好的強(qiáng)度和韌性配合的高強(qiáng)韌冷作模具 鋼。本發(fā)明的另一目的是提供一種高強(qiáng)韌冷作模具鋼的制備方法。本發(fā)明高強(qiáng)韌冷作模具鋼的特征在于具有以下的成分及重量百分比C 0. 5-0. 72%, Si 0. 6-0. 8%,
Mn 0.6-1.0%，Cr 2. 0-2. 4%,Mo 0. 15-0. 25%, V 0. 1-0. 25%,Ni 0. 5-0. 8%Fe 余量。上述冷作模具鋼的制備方法，其特征在于該方法具有以下的工藝過程和步驟a.采用感應(yīng)或電弧爐熔煉按上述的合金元素配比將配料放入電爐中，進(jìn)行熔 太東。b.電渣重熔將熔煉澆濤出的電渣錠放到電渣重熔裝置中，進(jìn)行電渣重熔。c.鍛造將上述鋼錠加熱至1200 1230°C溫度范圍內(nèi)；始鍛溫度1100 1050°C，終鍛溫度彡850°C，鍛后緩冷。d.退火材料在鍛造后，在830 860°C下進(jìn)行退火，退火6-10小時(shí)，隨后隨爐冷 卻；e.淬回火熱處理加熱至850 930°C進(jìn)行奧氏體化，采用油淬；隨后進(jìn)行180 200°C二次回火，每次回火時(shí)間為2h。本發(fā)明的冷作模具鋼其成分設(shè)計(jì)的理論依據(jù)如下所述鋼中的合金元素中，Cr主要是保證鋼具有優(yōu)良的淬透性。Cr的含量不宜過高，否 則容易形成網(wǎng)狀的碳化物，影響鋼的性能。附在提高鋼的強(qiáng)度同時(shí)能夠保持良好的塑性和 韌性，但是Ni屬于稀缺資源，本發(fā)明鋼中加入適量的Ni，使鋼的強(qiáng)韌性好的前提下合金成 本不會(huì)太高。Mo和V在鋼中形成彌散的第二相析出物，提高材料的強(qiáng)韌性。Si主要作用是 提高鋼的回火穩(wěn)定性。Mn溶入基體中起固溶強(qiáng)化作用。本發(fā)明開發(fā)了淬透性好，淬火溫度較低，熱處理變形小，合金成本低，具有較好的 強(qiáng)度和韌性的配合，適用于制造精密復(fù)雜模具用鋼。


圖1為本發(fā)明鋼在200°C回火溫度，不同淬火溫度時(shí)沖擊韌性及硬度曲線。圖2為本發(fā)明鋼在熱處理工藝為930°C淬火，200°C回火兩小時(shí)兩次時(shí)組織金相照片。圖3為本發(fā)明鋼在熱處理工藝為930°C淬火200°C回火后與D2鋼在熱處理工藝為 1030°C淬火200°C回火后兩者沖擊韌性與硬度比較。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述于下。實(shí)施例1
本實(shí)例中，采用冷作模具鋼的組成成分及其重量百分比如下C 0. 71%, Si 0. 70%, Mn 0. 76%, Cr 2. 32%, Mo 0. 25%,V 0. 25%, Ni 0. 68%, Fe 余量。本實(shí)施例中，冷作模具鋼的工藝過程和步驟如下a.感應(yīng)熔煉按上述的合金元素配比在感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，熔煉溫度大于 1500°C，而后澆鑄成①160mm鋼錠并空冷；
b.電渣重熔將澆濤后的鋼錠作為自耗電極放置于電渣重熔裝置中，進(jìn)行電渣重 熔，液體金屬經(jīng)過渣池的渣層下落至下面的水冷結(jié)晶器中，再重新凝固成鋼錠；c.鍛造將上述鋼錠加熱至1200 1230°C溫度范圍內(nèi)；始鍛溫度1100 1050°C，終鍛溫度彡850°C。鍛造成60mmX 60mm的方料；d.退火將鍛造后的鋼料放入加熱爐中退火，退火溫度為860°C，退火時(shí)間為6h， 爐冷至550°C后出爐空冷。e.淬回火處理淬火溫度930°C，在200°C進(jìn)行二次回火，每次回火2小時(shí)。性能測(cè)試本發(fā)明冷作模具鋼經(jīng)過上述熱處理后，進(jìn)行性能測(cè)試(1)淬火硬度汨4 65HRC ；回火硬度61. 5HRC(2)沖擊韌性實(shí)驗(yàn)在坯料上取縱向沖擊試樣，試樣尺寸為lOmmX 10mmX55mm。室溫沖擊功值175J。(3)抗彎曲實(shí)驗(yàn)在坯料上縱向取抗彎曲試樣，試樣尺寸為7. 5mmX5mmX 100mm。室溫抗彎強(qiáng)度3048MPa，最大彎曲力4763KN，撓度12. 15mm，斷裂能量吸收 40.97J。本發(fā)明冷作模具鋼(SDC55)在930°C淬火+200°C回火狀態(tài)下與D2鋼在推薦熱處 理工藝1030°C淬火200°C兩小時(shí)回火狀態(tài)下兩者的沖擊韌性和硬度比較，發(fā)現(xiàn)，SDC55硬度 比D2鋼略微提高，沖擊韌性方面SDC55比D2鋼顯著提高。圖1為本發(fā)明鋼在180°C回火時(shí)不同淬火溫度與沖擊韌性及硬度關(guān)系曲線。淬火 溫度為850°C 930°C時(shí)沖擊韌性都在120J左右。當(dāng)淬火溫度為930°C回火溫度為200°C 時(shí)材料的韌性和硬度為175J和61. 5HRC。圖2為本發(fā)明鋼在熱處理為930°C淬火200°C回 火后的金相照片。圖中看出馬氏體基體上均勻分布著彌散細(xì)小的碳化物顆粒。這樣的組織 確保本發(fā)明鋼有優(yōu)良的強(qiáng)韌性配合。圖3為本發(fā)明鋼在推薦工藝為930°C淬火200°C回火 后與D2鋼經(jīng)過1030°C淬火200°C回火后，兩者的沖擊韌性和硬度比較。圖中可以看出，兩 者的硬度相當(dāng)。但是本發(fā)明鋼的沖擊韌性比D2鋼有較大的提高。
權(quán)利要求
一種高強(qiáng)韌冷作模具鋼，其特征在于該鋼的化學(xué)成分及重量百分比為C 0.5～0.72％，Si0.6～0.8％，Mn 0.6～1.0％，Cr 2.0～2.4％，Mo 0.15～0.25％，V 0.1～0.25％，Ni 0.5～0.8％，F(xiàn)e余量。
2.一種用于如權(quán)利要求書1所述的高強(qiáng)韌冷作模具鋼的制備方法具有以下的工藝過 程和步驟1)按高強(qiáng)韌冷作模具鋼的化學(xué)成分及重量百分比C0. 5 0. 72%，Si 0. 6 0. 8%， Mn 0. 6 1. 0%,Cr 2. 0 2. 4%, Mo 0. 15 0. 25%, V 0. 1 0. 25%, Ni 0. 5 0. 8%, Fe余量；配料、感應(yīng)熔煉、然后進(jìn)行電渣重熔；2)鍛造始鍛溫度為1100 1050°C，終鍛溫度彡850°C；退火退火溫度為830 860°C，退火時(shí)間為6 10h ；3)淬火回火熱處理加熱至850 930°C進(jìn)行奧氏體化，采用油淬；隨后進(jìn)行180 200°C二次回火，每次回火時(shí)間為2h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)韌性冷作模具鋼及其制備方法，屬合金鋼制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明鋼的化學(xué)成分及重量百分比為C 0.5-0.72％，Si 0.6-0.8％，Mn 0.6-1.0％，Cr 2.0-2.4％，Mo 0.15-0.25％，V 0.1-0.25％，Ni 0.5-0.8％，F(xiàn)e余量。本發(fā)明冷作模具鋼的制備過程簡(jiǎn)述如下按配方進(jìn)行原料配合、配合料于感應(yīng)爐內(nèi)熔煉、澆濤，然后電渣重熔；然后鍛造、退火，將其加熱至850～930℃進(jìn)行奧氏體化，經(jīng)過油淬后，在180～200℃進(jìn)行二次回火。最終獲得高強(qiáng)韌冷作模具鋼。本發(fā)明的冷作模具鋼具有較高的強(qiáng)韌性配合，以及具有較高的硬度，為適用于制造精密復(fù)雜模具用的鋼種。
文檔編號(hào)C21D1/26GK101892429SQ201010215758
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者吳曉春, 李紹宏, 汪宏斌, 鄧亞琪, 鄧?yán)栎x 申請(qǐng)人:上海大學(xué)