CN101429625A - 高性能热作易切削模具钢 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能热作易切削模具钢，其成分质量百分比为：C 0.33－0.42，Mn 0.55－0.75，Si 0.80－1.20，Mo 1.20－1.60，V 0.80－1.20，Cr 4.80－5.50，S、P、Pb、Se、Ca、Te或Bi的一种或多种0.10－0.15，余铁和不可避免杂质。该高性能热作易切削模具钢具有较好的切削加工性，降低了刀具的消耗和机加工费用，能满足人们对高精度的要求。

Description

高性能热作易切削模具钢

技术领域

本发明涉及一种热作模具钢，特别涉及一种适宜制作高精度热挤压模和钢热锻模的高性能热作模具钢。

背景技术

在现代大工业生产中，特别是在生产制造合金热挤压材料，汽车、摩托车的合金热压铸零件，热模锻钢零件等的大规模生产中，都必须使用和消耗大量的专用模具和合金钢材料。同时，随着塑料行业的飞速发展，人们对塑料制品的精度要求越来越高，对塑料模具钢的需求量越来越大，质量要求越来越高，为了生产出高精度的塑料制品，必须有高质量的塑料模具钢，为此人们不断研究新的高质量易切削的塑料模具钢，来满足塑料制品精度的要求。目前，这些模具都是选用优质的合金钢材料如4Cr5MoSiV(通常称为“H13钢”)和3Cr2W8V等模具钢制成，它们一般都要通过钢坯锻造、退火、机械加工成型、淬火、回火、精加工、“氮化”表面硬化热处理等工序，然后才能投入生产使用。如建筑铝型材生产中使用的热挤压模在生产使用过程中，一次机挤压2吨左右铝型材后，其模具工作带表面的“氮化”层被磨损掉了，就必须将模具拆下来精修后再次“氮化”处理，才能继续上机使用。一般情况下，铝挤压模具最多重复“氮化”四至五次，累计挤压生产10吨左右铝材，模具型腔壁变薄，使其工作带尺寸发生变化，挤出的铝材厚度变大而超标，这时模具就得报废了，现有技术中一般模具钢切削加工性能较差，难以满足人们对高精度的要求，如此每年要消耗大量的模具及钢材。在钢的热模锻件生产中，目前常用H13钢或3Cr2W8V钢作热锻模具，这种热锻模一般在连续锻造几十个零件后，模具温度就会升高到200-500℃以上，就不能再锻打了，必须拆下来慢慢冷却后才能再行使用。冷却过程中，不能用喷水的方法快速冷却模具，因为冷却得太快太急，很容易使模具产生裂纹而报废。同时，这种热锻模具一般锻造了几百个零件后，型腔内表面产生“龟裂”，若继续使用，这种细小裂纹很快就会变大而不能再用了。虽然龟裂后的型腔可以通过铣深去掉，但铣深使型腔模越来越薄，最后报废不能使用。

发明内容

本发明的目的为了克服现有技术中模具钢切削加工性能差，机加工费用高，提供一种具有较好的切削加工性(在硬度为HRC30-40时，其切削性与硬度为HRC20左右的钢相当)的高性能热作易切削模具钢，从而降低了刀具的消耗和机加工费用，满足人们对高精度的要求。

本发明是通过下述技术方案来实现的：高性能热作易切削模具钢，其成分质量百分比为：C0.33-0.42，Mn0.55-0.75，Si0.80-1.20，Mo 1.20-1.60，V0.80-1.20，Cr4.80-5.50，S、P、Pb、Se、Ca、Te或Bi的一种或多种0.10-0.15，余铁和不可避免杂质。

所述的高性能热作易切削模具钢还含Re，其质量百分比为：0-0.22。

所述的S、P、Pb、Se、Ca、Te或Bi，其化合物呈球粒状。

本发明之所以采用上述技术方案，是基于以下几点考虑：(1)合金钢中的高含C量生成石墨球化后，具有优异的抗热耐磨性和抗铝液侵蚀性能，特别适宜制作铝材热挤压模和铝合金液热压铸模。(2)合金钢中Si元素可以促使C石墨化，但其配量应适当，过多会降低合金钢的机械性能，一般应控制在1.20％以下。(3)Mn元素可以稳定合金钢中的珠光体组织，能提高合金钢的强度、硬度和耐磨性，但如配入过多会增加钢的脆性，一般应控制在0.55-0.75％。(4)Cr元素能改善合金钢的抗热强度，使之有良好的抗氧化性和热韧性。(5)Mo元素能增加合金钢的抗热强度和热硬性。(6)V元素可增强合金钢的塑性、热韧性和耐热性。(7)稀土元素能促使石墨体球化，有利于提高合金钢的强度和塑性，降低脆性。(8)合金钢中主要增加了易切削元素，磷、硫在钢中一般都是有害元素，但对于加磷、硫的易切模具钢，通过特种炉外处理工艺改善了硫化物的形貌，抑制了硫化物对力学性能的不利影响，磷、硫化物完全球化成球粒状，既能进一步改善易切钢的切削性能，而且可以改善易切钢的等向性和疲劳强度，使其与常规含磷、硫量的钢的性能相近；主要易切削元素一般还有：铅、硒、钙、碲、铋。

本发明在H13的基础上加入易切削的元素，使得这种钢在高硬度的状态下仍具有较好的切削加工性(在硬度为HRC30-40时，其切削性与硬度为HRC20左右的钢相当)，从而降低了刀具的消耗和机加工费用，满足人们对高精度的要求。钢厂对钢材预先进行淬火回火处理，使硬度达到HRC30-40，在预淬硬的条件下交货，用户可以直接加工成模具，加工成模具后不需要再进行热处理，从而避免了淬水龟裂、伸缩等，同时还缩短了模具制造周期，节约了成本。本发明的主要特点就是它经过了预加硬，切削加工性好，韧性佳，耐磨损性能优良，耐裂纹性优良。与现有生产中的模具钢相比，本发明的模具钢有足够的机械强度和韧性，更具有优良的抗氧化性和冷热冲击性及抗热耐磨性与抗铝液侵蚀的性能。

本发明的模具钢的生产方法和设备与常用的模具钢生产一样，可采用普通的中频炉熔炼出所配成份的合金钢电极棒，再经电渣炉精炼成所需的锭坯，退火处理后就可下料进行机械加工制作模具了。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1一种高性能热作易切削模具钢，其成分质量百分比为：C0.33，Mn0.55，Si0.80，Mo 1.20，V 0.80，Cr4.80，S 0.10，P0.01，Re 0.02，余铁和不可避免杂质；所述的S、P，其化合物呈球粒状。

实施例2一种高性能热作易切削模具钢，其成分质量百分比为：C0.36，Mn0.58，Si0.85，Mo 1.25，V 0.85，Cr4.9，Pb0.12，Re 0.19，余铁和不可避免杂质；所述的Pb，其化合物呈球粒状。

实施例3一种高性能热作易切削模具钢，其成分质量百分比为：C0.38，Mn0.61，Si0.9，Mo 1.3，V 0.9，Cr5.00，Se 0.13，Re 0.08，余铁和不可避免杂质；所述的Se，其化合物呈球粒状。

实施例4一种高性能热作易切削模具钢，其成分质量百分比为：C0.4，Mn0.66，Si1.0，Mo 1.3，V 1.0，Cr5.2，Ca 0.12，Re 0.12，余铁和不可避免杂质；所述的Ca，其化合物呈球粒状。

实施例5一种高性能热作易切削模具钢，其成分质量百分比为：C0.42，Mn0.75，Si1.20，Mo 1.60，V 1.20，Cr5.50，Te 0.15，Re 0.16，余铁和不可避免杂质；所述的Te，其化合物呈球粒状。

实施例6一种高性能热作易切削模具钢，其成分质量百分比为：C0.41，Mn0.70，Si1.1，Mo 1.45，V 1.1，Cr5.40，Bi 0.12，Re 0.22，余铁和不可避免杂质；所述的Bi，其化合物呈球粒状。

以上详细说明了本发明的实施方式，但这只是为了便于理解而举的实例，不应被视为是对本发明范围的限制。同样，任何所属技术领域的技术人员均可根据本发明的技术方案及其较佳实施例的描述，做出各种可能的等同改变或替换，但所有这些改变或替换都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1、高性能热作易切削模具钢，其成分质量百分比为：C0.33-0.42，Mn0.55-0.75，Si0.80-1.20，Mo1.20-1.60，V0.80-1.20，Cr4.80-5.50，S、P、Pb、Se、Ca、Te或Bi的一种或多种0.10-0.15，余铁和不可避免杂质。

2、根据权利要求1所述的高性能热作易切削模具钢，其特征在于：它还含Re，其质量百分比为：0-0.22。

3、根据权利要求1所述的高性能热作易切削模具钢，其特征在于：所述的S、P、Pb、Se、Ca、Te或Bi，其化合物呈球粒状。