一種新型5CrW2SiBAlN耐沖擊工具鋼的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種耐沖擊工具鋼，具體講涉及一種加Mg、B、Al、N和氮化物的耐沖擊 工具鋼。
【背景技術(shù)】
[0002]在碳素工具鋼基礎(chǔ)上加入合金元素而形成的耐沖擊鋼中，常用的中國牌號的量具 鋼有4CrW2Si、5CrW2Si、6CrMnSi2MolV等。廣泛用于高沖擊載荷下操作的工具，例如：手動 和風(fēng)動鑿子、空氣錘工具、鉚釘工具、重振動的切割器、冷沖裁和切邊用凹模；熱作工具，如 熱沖孔和穿孔工具、熱剪切模、熱鍛模、易熔合金的壓鑄模等。這種鋼在高溫時有較好的強(qiáng) 度和硬度，回火后有較高的韌度，有一定的淬透性和高溫力學(xué)強(qiáng)度，熱處理時對脫碳、變形 開裂敏感性不大，但鎢、鑰、釩為貴重金屬，冶煉過程中消耗能量較多，而加入鎢、鑰、釩使鋼 的淬火溫度提高，不是低碳節(jié)能產(chǎn)品，況且這些金屬又為稀缺性戰(zhàn)略資源。
[0003]本發(fā)明人經(jīng)長期大量研究、試驗(yàn)、觀察發(fā)現(xiàn)，加入低熔點(diǎn)的Mg、B、Al、N和氮化物 (BN、A1N和/或TiN)的耐沖擊工具鋼可有效提高鋼的耐磨性和強(qiáng)度，不僅使5CrW2Si的強(qiáng) 度等性能提高了，優(yōu)異的機(jī)械性能也達(dá)達(dá)到了中鉻高合金冷作模具鋼(代號LD)，不僅拓寬 了使用范圍，也更經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、節(jié)約資源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是，提供一種在耐沖擊工具鋼5CrW2Si中加入低熔點(diǎn)的Mg、B、Al、N 和氮化物，大幅度提高耐磨性和強(qiáng)度的合金工具鋼，
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案中：在耐沖擊工具鋼5CrW2Si中加入低熔點(diǎn)Mg、B、Al、N和氮 化物，但不含這些化合物的氧化物雜質(zhì)，不但S < 0. 008%和P < 0. 03%，而且氧化物總量 0^ 0. 005%〇
[0006]鎂：在提高鋼的抗氧化性的同時，低熔點(diǎn)金屬M(fèi)g使其在退火鍛打加熱過程中，析 出的Mg金屬與基體共格的有害低熔點(diǎn)Sn、Pb、As、Sb、Bi等元素形成的二元合金成為較高 熔點(diǎn)的金屬間化合物，同時改變低熔點(diǎn)元素的尺寸和形式。
[0007] 鋁：能細(xì)化鋼鑄態(tài)組織、減少小技晶臂間距。通過改變碳化物的尺寸和分布更有 效地阻止奧氏體晶粒長大，可以促進(jìn)殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變、提高回火硬度，降低回火溫 度。在韌性損失小的情況下，提高了鋼材的抗彎強(qiáng)度和耐磨性。同時具有良好的抗氧化性 能。
[0008]硼：有利于抑制鋼的r_a相變，顯著抑制珠光體的形成，提高貝氏體的含量，在細(xì) 化貝氏體的亞結(jié)構(gòu)的同時，提高了強(qiáng)度并保持良好的低溫韌性。鋼中加入適量的硼，可增加 鋼在高溫下的持久壽命，及提高鋼的綜合性能和淬透性。
[0009]氮化物：添加在奧氏體鋼中主要提高其強(qiáng)度和耐蝕性，而在低合金高強(qiáng)度鋼中，氮 也被作為微合金化元素，通過形成微合金化碳，氮化物起到強(qiáng)化作用。鋼中的氮化物比碳化 物具有更高的穩(wěn)定性，析出相中彌散的細(xì)小M (C.N)型氮化物強(qiáng)化效果明顯提高?；鼗鸷?形成彌散的碳氮化物析出相促進(jìn)二次硬化，到一定數(shù)量時甚至具有三次硬化的功能。
[0010] 氮：以間隙溶質(zhì)原子的形式存在于基體中，具有細(xì)化晶粒、產(chǎn)生固溶強(qiáng)化和縮短 二次枝晶臂間距、降低晶內(nèi)偏析、改善夾雜物分布，提高鋼的機(jī)械強(qiáng)度、改善沖擊韌性和耐 磨性的功能。固溶態(tài)氮，可降低奧氏體中的密排不完全位錯，限制含間隙雜質(zhì)原子團(tuán)的位 錯運(yùn)動，強(qiáng)化效應(yīng)比碳強(qiáng)。固溶氮與碳、鎳的作用相似，能擴(kuò)大r相互并使奧氏體穩(wěn)定化。固 溶氮可提高材料的淬透性，在同樣的淬火工藝下淬硬層更深，同時使芯部組織得到一定程 度的改善。氮原子在殘余奧氏體中存在短程有序，不需要長距離擴(kuò)散，易于首先析出（FeCr) 2N ;可降低回火溫度。
[0011] 鎢：主要作用是能提高鋼的紅硬性抗高溫氧化性能，并能提高鋼的耐磨性能，本發(fā) 明鎢適合2.0~3.0。
[0012] 5CrW2Si耐沖擊工具鋼材存在著合金元素少，耐磨性強(qiáng)度差的缺點(diǎn)，且使用壽命大 大低于中鉻高合金冷作模具鋼(代號LD)。對1~3噸中頻冶煉后，經(jīng)二次冶煉加入低熔點(diǎn)的 Mg、B、Al、N和氮化物的合金鋼后，經(jīng)鍛造、退火、淬火和回火處理，使用壽命比傳統(tǒng)5CrW2Si 耐沖擊工具鋼提高5倍以上。
[0013] 本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的5CrW2SiBAlN耐沖擊工具鋼，另有說明除外，本 申請中所述量為質(zhì)量份計。
[0014] 本發(fā)明提供的5CrW2SiBAlN耐沖擊工具鋼，既保持了冷作模具鋼的機(jī)械性能，又 大大降低了淬火溫度，節(jié)省了大量能源。
[0015] 本發(fā)明提供的5CrW2SiBAlN耐沖擊工具鋼，所述工具鋼含C、Si、Cr、W、Mg、B、Al、N、 和氮化物總量，其改進(jìn)之處在于，按質(zhì)量份計C 40~0. 60 ;Si 30~1. 20 ;Mn :〈0. 40 ; Cr :1. 00 ~1. 60 ;W :2. 00 ~3. 00 ;B :0 ~0? 008 ;A1 :0 ~0? 80 ;Mg :0 ~0? 005 ;N :0 ~0? 10 ; 氮化物總量為〇~〇. 80 ;余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)。
[0016] 本發(fā)明提供的優(yōu)選的的5CrW2SiBAlN耐沖擊工具鋼中，C:0. 50 ;Si :0. 65;Mn: 0? 30 ;Cr :1. 15 ;W :2. 20 ;B :0? 005 ;A1 :0? 50;Mg:0? 003 ;N :0? 03;氮化物總量為 0? 02;
[0017] 本發(fā)明提供的再一優(yōu)選的5CrW2SiBAlN耐沖擊工具鋼中，C:0. 45~0. 55 ;Si : 0? 50 ~0? 80;Mn:〈0? 40 ;Cr :1. 00 ~1. 30 ;W :2. 00 ~2.50 ;B :0? 001 ~0? 005 ;A1 :0? 60 ~ 0? 80;Mg:0? 001 ~0? 005 ;N :0? 03 ~0? 10;氮化物總量為 0? 01 ~0? 80;
[0018] 本發(fā)明提供的第三優(yōu)選的5CrW2SiBAlN耐沖擊工具鋼中，C:0. 40~0. 50 ;Si : 0? 80 ~1. 20 ;Mn :〈0? 40 ;Cr :1. 20 ~1. 60 ;W :2. 20 ~2. 60 ;B :0? 001 ~0? 008 ;A1 :0? 40 ~ 0? 60 ;N :0? 03 ~0? 10 ;氮化物總量為 0? 01 ~0? 80 ;
[0019] 本發(fā)明提供的第四優(yōu)選的5CrW2SiBAlN耐沖擊工具鋼中，C:0. 50~0.60 ;Si : 0? 40 ~0? 70 ;Mn :〈0? 40 ;Cr :1. 20 ~1. 60 ;W :2. 20 ~2. 60 ;B :0? 001 ~0? 008 ;Mg :0? 001 ~ 0? 005 ;N :0? 03 ~0? 10 ;氮化物總量為 0? 01 ~0? 80 ;
[0020] 本發(fā)明提供的第五優(yōu)選的5CrW2SiBAlN耐沖擊工具鋼中，C:0. 45~0. 55 ;Si : 0? 50 ~0? 80 ;Mn :〈0? 40 ;Cr :1. 00 ~1. 30 ;W :2. 00 ~2. 50 ;A1 :0? 10 ~0? 80 ;Mg :0? 001 ~ 0? 005 ;N :0? 03 ~0? 10 ;氮化物總量為 0? 01 ~0? 80 ;
[0021] 本發(fā)明提供的第六優(yōu)選的5CrW2SiBAlN耐沖擊工具鋼中，C:0. 40~0.60 ;Si : 0? 50 ~0? 80 ;Mn :〈0? 40 ;Cr :1. 00 ~1. 30 ;W :2. 00 ~2. 50 ;N :0? 03 ~0? 10 ;氮化物總量為 0. 01 ~0. 80 ;
[0022] 本發(fā)明提供的第七優(yōu)選的5CrW2SiBAlN耐沖擊工具鋼中，C:0. 45~0. 55 ;Si : 0? 30 ~0? 60;Mn:〈0? 40 ;Cr :1. 20 ~1. 60 ;W :2. 20 ~2. 60 ;B :0? 001 ~0? 008 ;A1 :0? 10 ~ 0? 80;Mg:0? 001 ~0? 005
[0023] 本發(fā)明提供的新型5CrW2SiBAlN的優(yōu)異效果達(dá)到中鉻高合金冷作模具鋼(代號 LD)的機(jī)械性能，又大大降低了淬火溫度，節(jié)省了大量能源。
【附圖說明】
[0024] 圖1為熱處理工藝圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 實(shí)施例1
[0026] 本發(fā)明提供的5CrW2SiBAlN合金工具鋼中，按質(zhì)量份計包括：
[0027] C_0. 50, Si_0.