CN101781738A - 一种高寿命压铸模具材料的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及压铸模具钢种材料生产工艺的技术领域，特指一种疲劳寿命长的压铸模具材料的生产方法。该发明采用以下步骤：第一步，选用优质原材料；第二步，采用真空感应熔炼和电渣重熔双重精练；第三步，六面锻造；第四步，固溶退火处理；第五步，品质验收步骤。本发明生产出的压铸材料克服了传统大型热压铸模具热疲劳寿命不足的缺点，让模具寿命得到延长，主要应用于铝合金、镁合金、锌合金的压铸挤压用模具。
Description
技术领域
本发明涉及压铸模具钢种材料生产工艺的技术领域，特指一种疲劳寿命长的压铸模具材料的生产方法。
背景技术
在压铸生产中，热疲劳、破裂、凹陷是压铸模具常见的失效机理，这些原因往往是多个因素相互作用的结果。随着压铸工业的进步，压铸产品尺寸也逐渐向大尺寸发展，压铸精密程度的要求也越来越高，如何提高大型压铸模具的寿命，已经成为当前行业中共同关注的焦点。
从上世纪90年代初，北美压铸协会颁布了《高级H13验收标准)》。从此以后，高级H13材料成为压铸行业的主流材料，随后世界知名钢铁企业纷纷效仿，推出一系列高级压铸材料。如：瑞典一胜百钢铁的8407材料，德国德胜钢铁的2344材料，日本大同钢铁的SKD61材料和日立钢铁DAC系列，以及近年瑞典和德国合作开发的DIEVAR材料。这些钢铁企业凭借自身优势，或从冶炼工艺入手，或合金调配入手，进行新的尝试，以期望新的突破。可是，遗憾的是没有大的进展，有鉴于此，如何生产一种疲劳寿命长的压铸模具材料成为有待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足之处而提供的一种不同传统的原材料炼成的疲劳寿命长的压铸模具材料的生产方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案包括以下步骤：
第一步骤，选用优质原材料，包括有：Fe≥99.98重量百份比的纯铁，C≤0.012重量百份比的碳，12.00≤Ni≤16.00重量百份比的镍，0.05≤Ti≤0.40重量百份比的钛，4.00≤Mo≤6.00重量百份比的钼，9.00≤Co≤12.00重量百份比的钴；
第二步骤，采用真空感应熔炼和电渣重熔双重精练，在真空炉中将所述纯铁熔化，添加所需合金成分，直到成分达到第一步骤的要求，然后将合金溶液铸成钢锭，钢锭经轧制或锻造后制成金属棒作为自耗电极，利用电流通过电渣层时溶渣所产生的电阻热来逐步融化自耗电极，溶体金属以溶滴形式经渣层下落至水冷结晶器中的金属溶池内，自下而上逐步结晶成钢锭；
第三步骤，冶炼第二步骤结晶成的钢锭进行六面锻造，锻造温度控制在1150～900℃范围；
第四步骤，锻造所需要的规格后，进行固溶退火处理。
第五步骤，对退火处理后的材料六面铣光。
第六步骤，对铣光后的材料用超声波探伤，检测宏观组织，进行金相分析，观察显微组织，对合格材料进行标识。
所述第三步骤中的锻造方法为：将钢锭在电阻炉中以每小时150℃速度加热到1150℃，保温一定时间，然后出炉锻造，采用5000吨大型液压锻进行锻造，初次开坯锻造加大锻造比，终锻温度为900℃，第二阶段，应减小锻造比，以保证尺寸公差的精度，终锻温度一样为900℃，锻造后，将规格模块在空气中自然冷却。
所述第四步骤中的固溶退火处理为：将模块在电炉中进行固溶退火处理，以每小时150℃速度加热到850℃，保温一定时间，然后出炉空冷。
采用上述步骤后，本发明炼出的压铸材料的化学成分和机械性能与传统的热做模具钢完全不同，独特的成分和机械性能使得它成为压铸应用的最佳选择：高强度和良好冲击韧性，高折断韧性，低弹性模数，良好的热传导性和较低的热膨胀系数，克服了传统大型热压铸模具热疲劳寿命不足的缺点，让模具寿命得到延长，主要应用于铝合金、镁合金、锌合金的压铸及挤压用模具。
具体实施方式
采用本发明的生产方法实施时，
第一步骤，选用优质原材料，包括有：Fe≥99.98重量百份比的纯铁，C≤0.012重量百份比的碳，12.00≤Ni≤16.00重量百份比的镍，0.05≤Ti≤0.40重量百份比的钛，4.00≤Mo≤6.00重量百份比的钼，9.00≤Co≤12.00重量百份比的钴；
第二步骤，采用真空感应熔炼和电渣重熔双重精练，在真空炉中将所述纯铁熔化，添加所需合金成分，直到成分达到第一步骤的要求，然后将合金溶液铸成钢锭，钢锭经轧制或锻造后制成金属棒作为自耗电极，利用电流通过电渣层时溶渣所产生的电阻热来逐步融化自耗电极，溶体金属以溶滴形式经渣层下落至水冷结晶器中的金属溶池内，自下而上逐步结晶成钢锭；
第三步骤，冶炼第二步骤结晶成的钢锭进行六面锻造，锻造温度控制在1150～900℃范围；将钢锭在电阻炉中以每小时150℃速度加热到1150℃，保温一定时间，然后出炉锻造，采用5000吨大型液压锻进行锻造，初次开坯锻造加大锻造比，终锻温度为900℃，第二阶段，应减小锻造比，以保证尺寸公差的精度，终锻温度一样为900℃，锻造后，将规格模块在空气中自然冷却。
第四步骤，锻造所需要的规格后，进行固溶退火处理。将模块在电炉中进行固溶退火处理，以每小时150℃速度加热到850℃，保温一定时间，然后出炉空冷。
第五步骤，对退火处理后的材料六面铣光。
第六步骤，对铣光后的材料用超声波探伤，检测宏观组织，进行金相分析，观察显微组织，对合格材料进行标识。
采用上述步骤后，本发明炼出的压铸材料相关特性具有以下特点：
1、材料的生产工艺包括两个重要的处理：真空感应熔炼(VIM)和电渣重熔(ESR)，VIM和ESR处理保证了对化学成分的密切控制和均匀一致的显微结构。使有害气体元素的含量如氧气和氢气的含量分别仅仅为40ppm，和1.5ppm，残存元素S(硫)P(磷)和杂质降到非常微量的地步，通过工艺达到的纯净度极大程度上增加了韧性和延展性。
2、机械加工性：固溶退火状态，硬度仅为28-32HRC，非常容易加工，在整个锯切、车铣、钻孔、攻牙、研磨实验中，都呈现加工良好状态。
3、热处理：热处理具有方便简单的操作性，不需要专家理论指导，任何人都可以轻松的在室内中完成热处理，它将传统模具复杂困难的热处理变的简单起来。热处理沉淀硬化工艺说明：将材料放入炉中，以最大每小时150℃的频率，加热至525℃。70毫米以下的部件，在525℃持续保温时间为6个小时。大于70毫米的部件，按照每增加1毫米，则时间增加3分钟计算。保温时间完成后，出炉自然冷却。经过沉淀硬化处理后，材料硬度为47-51HRC，硬度水平仅作为质量控制的目的。根据测试经验，压铸模具的最佳性能在稍微过时效的条件下表现。因此时效时间必须被控制在70毫米以下的部件，以525度的温度保温6个小时。
4.尺寸变化系数：在沉淀硬化处理中，有微小和一致的收缩现象发生。因为发生变化的尺寸可以很好预测，硬化后的加工工作量可以被减少到最少，甚至，在某些情况，则完全不需要。试验表明在525℃时效后，材料尺寸变化量约为-0.00035mm/mm(-0.035％)。
5、焊接性：焊接非常简单容易，使用GTAW焊接工艺(气体保护钨极电弧焊)，不需要预热，焊接流程很容易被跟踪，焊接中升高温度而不需要维持，焊接后也不需要特别的冷却率。焊接后，焊缝和热影响区(HAZ)是软的，因此需要在525℃进行短时沉淀硬化处理。热影响区(HAZ)，焊接金属和金属基材的物质成分几乎相等。
6、EDM加工：放电后不会形成硬而易碎的白色层，而且也有很好的抗裂隙形成性能。EDM后形成的柔软微薄的变质层，只需要轻微的抛磨就会脱落。
7、抛光性：材料组织均匀细密，具有超高洁净程度，因此具有很高的抛光性。
由上可知，本发明生产出的压铸材料克服了传统大型热压铸模具热疲劳寿命不足的缺点，让模具寿命得到延长，主要应用于铝合金、镁合金、锌合金的压铸挤压用模具。
Claims (5)
1.一种高寿命压铸模具材料的生产方法，其特征在于，其包括以下步骤：
第一步骤，选用优质原材料，包括有：Fe≥99.98重量百份比的纯铁，C≤0.012重量百份比的碳，12.00≤Ni≤16.00重量百份比的镍，0.05≤Ti≤0.40重量百份比的钛，4.00≤Mo≤6.00重量百份比的钼，9.00≤Co≤12.00重量百份比的钴；
第二步骤，采用真空感应熔炼和电渣重熔双重精练，在真空炉中将所述纯铁熔化，添加所需合金成分，直到成分达到第一步骤的要求，然后将合金溶液铸成钢锭，钢锭经轧制或锻造后制成金属棒作为自耗电极，利用电流通过电渣层时溶渣所产生的电阻热来逐步融化自耗电极，溶体金属以溶滴形式经渣层下落至水冷结晶器中的金属溶池内，自下而上逐步结晶成钢锭；
第三步骤，冶炼第二步骤结晶成的钢锭进行六面锻造，锻造温度控制在1150～900℃范围；
第四步骤，锻造所需要的规格后，进行固溶退火处理。
2.根据权利要求1所述的一种高寿命压铸模具材料的生产方法，其特征在于，还包括第五步骤，对退火处理后的材料六面铣光。
3.根据权利要求1所述的一种高寿命压铸模具材料的生产方法，其特征在于，还包括第六步骤，对铣光后的材料用超声波探伤，检测宏观组织，进行金相分析，观察显微组织，对合格材料进行标识。
4.根据权利要求1-3之任一项所述的一种高寿命压铸模具材料的生产方法，其特征在于，所述第三步骤中的锻造方法为：将钢锭在电阻炉中以每小时150℃速度加热到1150℃，保温一定时间，然后出炉锻造，采用5000吨大型液压锻进行锻造，初次开坯锻造加大锻造比，终锻温度为900℃，第二阶段，应减小锻造比，以保证尺寸公差的精度，终锻温度一样为900℃，锻造后，将规格模块在空气中自然冷却。
5.根据权利要求1-3之任一项所述的一种高寿命压铸模具材料的生产方法，其特征在于，所述第四步骤中的固溶退火处理为：将模块在电炉中进行固溶退火处理，以每小时150℃速度加热到850℃，保温一定时间，然后出炉空冷。
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