專利名稱：塑料模具模架鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于模具的微合金化鋼。
電冰箱、電視機(jī)、洗衣機(jī)、空調(diào)、復(fù)印機(jī)、計(jì)算機(jī)等家電的塑料殼體或膠木件，其制造用的塑料模具鋼和模架鋼，以及制造橡膠產(chǎn)品的模具型腔鋼一般有如下技術(shù)性能要求(1)大截面模具芯部與表面具有同等的硬度和組織，而且硬度為VHN210～250，(2)良好的切削加工性能，(3)低火焰氣割裂紋敏感性。目前廣泛使用中碳鋼，如S48C-55C來(lái)制造這類模具和模架，其硬度為VHN150-200，組織為鐵素體+珠光體，中芯和表面硬度相差50VHN以上，其耐磨性和拋光性差，模具壽命短；此外，由于它們的含碳量高，火焰氣割裂紋敏感性高，不能使用火焰氣割。1987年5月8日申請(qǐng)的歐州專利申請(qǐng)?zhí)枮镋P0247415A2的模具合金鋼和1986年5月28日申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮镃N86103713A的中國(guó)專利“易切削高韌性塑料模具鋼”，它們?yōu)榻鉀Q耐磨性和拋光性問(wèn)題，采用中碳調(diào)質(zhì)鋼，其硬度為VHN280～350，超過(guò)使用硬度要求，組織為回火索氏體組織，火焰氣割裂紋敏感性高，不能使用火焰氣割。
本發(fā)明的目的在于提供一種塑料模具模架鋼及其制造方法，該鋼可成為制造家電殼體或膠木件的模具模架以及橡膠產(chǎn)品模具型腔所需的專用模具模架鋼，符合上述的特定技術(shù)性能要求。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明開(kāi)發(fā)一種微合金化非調(diào)度鋼，保證大截面模具在空冷情況下表面至芯部的組織為鐵素體+珠光體+貝氏體，硬度分布均勻，硬度為VHN210～250，而且其碳含量和碳當(dāng)量低，火焰氣割敏感性低。本發(fā)明的特點(diǎn)是本發(fā)明的塑料模具模架鋼為鐵素體+珠光體+貝氏體三相復(fù)合的微合金化鋼，按重量百分比計(jì)，其成份為C0.20～0.28，Mn2.1～2.5，S0.01～0.025，B0.0005～0.005，Ca0.0005～0.01，N0.008～0.02，Ti/N＝3～4，適量的Si、V，余量為Fe。上列的Si、V的含量按重量百分比可為Si0.01～0.60，V0.05～0.18。
本發(fā)明的特點(diǎn)是控制關(guān)鍵性元素，如按重量百分比計(jì)，C為0.20～0.28，Mn＞2.0及微量B，這就確保大截面(厚度達(dá)500mm)模塊鋼在空冷時(shí)整個(gè)截面都得到鐵素體+珠光體+貝氏體組織，而且其硬度分布均勻，最大硬度差≤30VHN；控制元素S和Ca，改善鋼的切削加工性能；適量控制N和Ti，在Ti/N＝3～4情況下，保證鋼在高溫?zé)峒庸ず笾苯涌绽鋾r(shí)，不需要再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，而具有良好的機(jī)械性能。此外，鋼的含碳量低，碳當(dāng)量也低，則火焰氣割裂紋敏感性低，可進(jìn)行火焰氣割。
下面對(duì)本發(fā)明的塑料模具模架鋼合金成分的各成分設(shè)計(jì)機(jī)理作詳細(xì)說(shuō)明C為降低鋼的碳當(dāng)量，減少鋼的氣割裂紋敏感性，需要降低碳含量，但碳含量太低，將不利于貝氏體組織的獲得，鋼的硬度將不能夠保證。為此，按重量百分比計(jì)，C＞0.30，宜采用C含量為0.20～0.28。
Mn按重量百分比計(jì)，含量大于2.0時(shí)有助于貝氏體組織的獲得，但其含量太高將增加碳當(dāng)量，為此，宜采用Mn含量為2.1～2.5。
S有助于切削加工性能的改善，但按重量百分比計(jì)，若S＞0.03將會(huì)嚴(yán)重影響鋼的耐腐蝕性能。為此，宜采用S含量為0.01～0.025。
V鋼中加入V的目的是為了利用其在鍛或軋后從鐵素體中析出碳氮化物，以提高鋼的硬度和強(qiáng)度。此外，V有利于鋼中貝氏體的獲得。但含量按重量百分比計(jì)＞0.20的V將嚴(yán)重降低鋼的塑性和韌性。為此，宜采用V含量為0.05～0.18。
BB固溶于基體中將使鋼的所有中溫組織轉(zhuǎn)變(鐵素體、珠光體和貝氏體)強(qiáng)烈推遲，它和Mo復(fù)合加入有助于在很寬的冷速范圍內(nèi)均勻獲得貝氏體。但當(dāng)其按重量百分比計(jì)含量＞0.005時(shí)會(huì)形成碳化物，影響其作用的發(fā)揮。為此，宜采用B含量為0.0005～0.005。
Ca使鋼中氧化物和硫化物同時(shí)變性，并且硫化物將氧化物包裹，有利于改善鋼的切削加工性能。由于蒸汽壓大，按重量百分比計(jì)，Ca含量＞0.01不容易加入鋼中。宜采用Ca含量為0.0005～0.01。
Ti固定N，形成TiN，可以阻礙均熱過(guò)程中奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，有利于改善鋼的韌性。同時(shí)，它避免了BN的形成，可以充分發(fā)揮B的有效作用。太多的N將形成粗大的TiN，不利于切削性能。為此，宜采用Ti/N＝3～4。
根據(jù)上述合金設(shè)計(jì)方案，將冶煉后的鋼錠加熱至1200±20℃，進(jìn)行鍛或軋，終鍛或終軋溫度為＞950℃，壓縮比為3～4，然后空冷，無(wú)需再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理即可獲得沿大厚度模塊截面分布均勻的鐵素體+珠光體+貝氏體三相復(fù)合組織和硬度為VHN210～250的模具模架鋼。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見(jiàn)的突出特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過(guò)控制各成份含量，使該鋼的碳含量及碳當(dāng)量比現(xiàn)有中碳鋼低，并獲得鐵素體+珠光體+貝氏體三相復(fù)合組織，因而其硬度適中，為VHN210～250，最大硬度差別≤30VHN，拋光性、耐磨性及使用壽命比中碳鋼(如S48C～55C)好，火焰氣割裂紋敏感性低，可進(jìn)行火焰氣割，適用于制造塑料制品的模具模架和橡膠模具型腔。
附圖
是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例鋼的鐵素體+珠光體+貝氏體組織的金相照像圖。
本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施方案是按重量百分比計(jì)，鋼的成份為C為0.22、Mn為2.2、S為0.01、Si為0.29、Ti為0.025、N為0.0074、V為0.12，Ca為0.003，B為0.0025，余量為Fe。按此成分在實(shí)驗(yàn)室非真空感應(yīng)爐冶煉。其碳當(dāng)量CE為0.6，小于常用中碳鋼(如S48C～55C)。
本鋼經(jīng)冶煉后，鋼錠經(jīng)加熱至1200±20℃，進(jìn)行鍛造，壓縮比為3～4，終鍛溫度＞950℃，然后空冷和砂冷，測(cè)定其硬度為VHN230～250，而且兩種冷卻條件下的硬度無(wú)差別，表明均勻性好。同時(shí)組織均為鐵素體+珠光體+貝氏體，如附圖所示。
權(quán)利要求
1.一種塑料模具模架鋼，其特征在于該鋼為鐵素體+珠光體+貝氏體三相復(fù)合的微合金化鋼，按重量百分比計(jì)，其成份為C0.20～0.28，Mn2.1～2.5，S0.01～0.025，B0.0005～0.005，Ca0.0005～0.01，N0.008～0.02，Ti/N＝3～4，適量的Si、V，余量為Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑料模具模架鋼，其特征在于按重量百分比計(jì)，Si0.10～0.60，V0.05～0.18。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述塑料模具模架鋼的制造方法，其特征在于將冶煉后的鋼錠加熱至1200±20℃，進(jìn)行鍛或軋，終鍛或終軋溫度為＞950℃，壓縮比為3～4，然后空冷。
全文摘要
本發(fā)明是一種塑料模具模架鋼及其制造方法。它是鐵素體+珠光體+貝氏體三相復(fù)合的微合金化鋼,按重量百分比計(jì),其成份為C0.20～0.28,Mn2.1～2.5,S0.01～0.025,B0.0005～0.005,Ca0.0005～0.01,N0.008～0.02,Ti/N=3～4,適量的Si、V,余量為Fe。按此成份冶煉后的鋼錠加熱至1200±20℃,進(jìn)行鍛或軋,終鍛或終軋溫度為>950℃,壓縮比為3～4,然后空冷,無(wú)需再進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。本鋼硬度為VHN210～250,大截面模塊芯部與表面硬度和組織相同,具有良好切削加工性能,低火焰氣割裂紋敏感性。適于制造塑料制品的模具模架和橡膠模具型腔。
文檔編號(hào)C22C38/14GK1264747SQ9912701
公開(kāi)日2000年8月30日 申請(qǐng)日期1999年12月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月29日
發(fā)明者江來(lái)珠, 張愛(ài)文 申請(qǐng)人:上海寶鋼集團(tuán)公司