CN101818297A - 高强度珠光体球墨铸铁压延成型模具材料的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度珠光体球墨铸铁压延成型模具材料的制造方法，采用配料、熔炼、球化及孕育、检测及出铁水、浇铸和保温、退火处理、正火与回火的工艺流程步骤，制造高强度珠光体球墨铸铁，用于制造压延成型模具，高强度珠光体球墨铸铁的化学成分重量百分比为：C：3.69%～4.04%，Cu：0.32%～0.65%，Si：1.16%～1.96%，Mo：0.148%～0.171%，Mn：0.44%～0.54%，Re：0.0061%～0.038%，Pb：0.031%～0.035%，Mg：0.027%～0.074%，S：0.019%～0.025%，其余为铁和不可测量的微量元素，克服了现有的高强度的贝氏体和回火马氏体球墨铸铁延展性差的缺陷，适用于制造各种冷作压延成型模具。

Description

高强度珠光体球墨铸铁压延成型模具材料的制造方法

技术领域

本发明涉及一种高强度珠光体球墨铸铁压延成型模具材料的制造方法。

背景技术

在机械制造过程中，广泛存在常温状态下将板金压延成型的作业。如汽车外壳、家电外壳、大口径钢管。决定该作业品质、效率和成本的三大基本要素是工艺、设备和模具。该类模具国内目前通常用两类材料制作：较厚工件采用合金工具钢锻件，较薄工件采用铬钼合金灰口铸铁。然而，合金工具钢锻件制造困难、造价昂贵，铬钼合金灰口铸铁抗拉强度、屈服极限和延伸率很低，只能用于强度要求很低的薄壁件成型。

球墨铸铁作为一种同时具备钢材和铸铁优良性能的材料得到广泛发展和应用，其中组织结构为贝氏体和回火马氏体的高强度球墨铸铁QT900-2，其机械性能已超过普通铸钢，达到了合金钢锻件的指标；并且具有良好的工艺性能，确保制造成本大大低于合金钢锻件，因而具有极大的发展空间和市场潜力；然而高强度的贝氏体和回火马氏体球墨铸铁延展性很难保证，因而在实际生产中应用不多。以珠光体为主的球墨铸铁虽然塑性较好，但是其屈服强度σ0.2≤480MPa远低于贝氏体和回火马氏体球墨铸铁σ0.2≥600MPa，抗拉强度σ0.2≤800MPa。目前，国内尚缺少一种既具有高强度σb≥900MPa又具有良好塑性的珠光体球墨铸铁，替代合金工具钢锻件制备常温状态下的金属压延成型模具。

发明内容

针对上述情况，本发明提供一种既具有很高屈服强度，又具有良好塑性，能制造性能良好的冷压模具的高强度珠光体球墨铸铁材料的制造方法。

为实现上述目的，一种高强度珠光体球墨铸铁压延成型模具材料的制造方法，其高强度珠光体球墨铸铁材料的化学成分重量百分比为：C：3.69%～4.04%，Cu：0.32%～0.65%，Si：1.16%～1.96%，Mo：0.148%～0.171%，Mn：0.44%～0.54%，Re：0.0061%～0.038%，Pb：0.031%～0.035%，Mg：0.027%～0.074%，S：0.019%～0.025%，其余为铁和不可测量的微量元素。

该高强度珠光体球墨铸铁压延成型模具材料的制造工艺流程步骤为：

A、配料：根据模具种类及使用要求，预设重量为3%～4%的烧损量后，以废合金钢为原料，确定选用材料的具体百分含量值进行配料，配料的重量百分比为：Q10新生铁65%，回炉铁25%，废钢10%，75硅铁2.5%，65锰铁0.6%，含钼55%的钼铁0.65%，含铜量为99%铜料0.8%，球化剂1.7%，孕育剂0.02%。

B、熔炼：将配料置于炉中加温到1500℃～1600℃，铜料和部分硅铁置于铁水包的底部以出炉铁水熔化。

C、球化及孕育：采用冲入法加入与铁水的重量比为1.3%～1.8%的稀土镁合金，铁水倒入钢包内的落点应在包内无稀土镁合金的一侧，使球化剂和孕育剂在球化过程中化学反应速度均匀。

D、检测及出铁水：按珠光体球墨铸铁的化学成分进行炉前快速检测，合格后出铁水，出铁水时用小颗粒硅铁进行槽口孕育。

E、浇铸和保温：铁水浇铸温度为1450℃～1480℃，将铁水快速浇入制作好的模型内，浇铸完毕后覆盖冒口，以减缓铸件冷却速度。

F、退火处理：对浇铸好的铸件升温850℃～860℃，保温3～6小时后随炉冷却，出炉时间不低于24小时。

G、正火与回火：工件粗加工后，在电炉内升温4小时以上至915℃～925℃，视工件大小保温2～4小时，出炉后迅速用大排量风扇冷却，待其颜色完全变黑后随室温冷却，经淬火、回火处理，珠光体球墨铸铁材料的金相组织结果为：球化等级为2～3级，石墨大小为6～7级，珠光体呈细片状，珠光体数量为90%～95%，渗碳体≤1%，磷共晶≤1%，力学性能结果为：屈服极限σ0.2为655～680MPa，抗拉强度σb为965～1050MPa，断后伸长率δ为3%～5%，整体硬度为HB264～272，工作面淬火后硬度为HRC56～59。

本发明采用配料、熔炼、球化及孕育、检测及出铁水、浇铸和保温、退火处理、正火与回火的工艺流程步骤，制造高强度珠光体球墨铸铁，用于制造压延成型模具，高强度珠光体球墨铸铁的化学成分重量百分比为：C：3.69%～4.04%，Cu：0.32%～0.65%，Si：1.16%～1.96%，Mo：0.148%～0.171%，Mn：0.44%～0.54%，Re：0.0061%～0.038%，Pb：0.031%～0.035%，Mg：0.027%～0.074%，S：0.019%～0.025%，其余为铁和不可测量的微量元素，克服了现有的高强度的贝氏体和回火马氏体球墨铸铁延展性差的缺陷。

本发明相比现有技术所产生的有益效果：

1、本发明的珠光体球墨铸铁能稳定的获得珠光体组织结构，按GB9441—2009为2～3级，石墨大小为6～7级，珠光体组织呈细片状，珠光体数量为90%～95%，渗碳体≤1%，磷共晶≤1%。

2、本发明的珠光体球墨铸铁能够稳定地获得稳定的力学性能：屈服极限σ0.2≥650MPa，抗拉强度σb≥960MPa，断后伸长率δ≥3%，整体硬度为HB264～272，工作面淬火后硬度为HRC56～59。

3、本发明的高强度珠光体球墨铸铁成功代替了合金工具钢锻件应用于O型机模具和成型模，打破了国外在该类模具材料上的垄断，极大地提高了钢管厂的经济效益，作为常温状态下压延成型用模具材料，在汽车、家电和钢铁工业领域也将具有广泛的应用前景。

4、本发明的高强度珠光体球墨铸铁的制造过程简洁合理，设备要求少，投入产出比高，经济效益好。

本发明制造的高强度珠光体球墨铸铁适用制造各种冷作压延成型模具。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为熔炼温度下检测实施例图。

图3为浇铸温度下检测实施例图。

具体实施方式

由附图1、图2、图3所示，一种高强度珠光体球墨铸铁压延成型模具材料的制造方法，其高强度珠光体球墨铸铁材料的化学成分重量百分比为：C：3.69%～4.04%，Cu：0.32%～0.65%，Si：1.16%～1.96%，Mo：0.148%～0.171%，Mn：0.44%～0.54%，Re：0.0061%～0.038%，Pb：0.031%～0.035%，Mg：0.027%～0.074%，S：0.019%～0.025%，其余为铁和不可测量的微量元素。

该高强度珠光体球墨铸铁压延成型模具材料的制造工艺流程步骤为：

A、配料：根据模具种类及使用要求，预设重量为3%～4%的烧损量后，以废合金钢为原料，确定选用材料的具体百分含量值进行配料，配料的重量百分比为：Q10新生铁65%，回炉铁25%，废钢10%，75硅铁2.5%，65锰铁0.6%，含钼55%的钼铁0.65%，含铜量为99%铜料0.8%，球化剂1.7%，孕育剂0.02%。

B、熔炼：将生铁、回炉铁、废钢、锰铁投入炉内熔炼，将配料置于炉中加温到1500℃～1600℃，铜料和部分硅铁置于铁水包的底部以出炉铁水熔化；钼铁在电炉熔炼情况下可在炉内铁水基本熔化后投入炉内熔化，在冲天炉熔炼情况下则将其粉碎后置于铁水包底部以出炉铁水熔化。

C、球化和孕育：用中频电阻感应熔炼炉或热风冲天熔炼炉进行熔炼；由于球墨铸铁的球化、孕育处理过程中要加入大量的处理剂，使得铁液温度要降低50℃～100℃；采用冲入法加入与铁水的重量比为1.3%～1.8%的稀土镁合金球化剂，铁水倒入钢包内的落点应在包内无稀土镁合金的一侧，使球化剂和孕育剂在球化过程中化学反应速度均匀；稀土镁合金的用量根据含硫量的高低、铁液温度及铸件壁厚大致为处理铁液重量的1.3%～1.8%；加入食盐，扒净渣，球化剂上面需覆盖不超过铁水量5%的配料材质铁屑；铁液处理时应使用电子吊钩秤配制稀土镁合金、球化剂和孕育剂，确保当铁液达到出铁预定值时停止加入，出铁水时用小颗粒硅铁进行槽口孕育。

D、检测及出铁水：按珠光体球墨铸铁材料的化学成分进行炉前快速检测，快速检测的珠光体球墨铸铁材料熔炼温度的主要化学成分的3个实施例于附图2所示，材料合格后出铁水，出铁水前要求扒渣3次以上；整个出水、处理时间控制在6分钟以内，出铁水时用小颗粒硅铁进行槽口孕育。

E、浇铸和保温：由于铁液经球化、孕育后，温度降低较多，从而使实际的浇注温度偏低，而且铁液中含有一定量的镁，会使铁液的表面张力增加，因此流动性比较差，浇注性能下降，铸模型腔采用浇口直径比一般铸铁大18%～22%，冒口重量比一般铸铁大27%～30%，以提高铁液流动性能；铁水浇铸温度为1450℃～1480℃，附图3为珠光体球墨铸铁材料浇铸温度的主要化学成分的3个实施例，达到珠光体球墨铸铁重量百分含量；将铁水快速浇入制作好的模型内，浇铸完毕后用型沙覆盖冒口，以减缓铸件冷却速度，尽可能延长保温定型时间，小型工件开箱时间一般不低于12小时，较大工件开箱时间一般不低于24小时；在铁水浇入型腔的同时用孕育剂不间断地进行浇口孕育；从铁水出水到浇铸完毕全过程时间要控制在10分钟以内。

F、退火处理：对浇铸好的铸件升温850℃～860℃，保温4～5小时后随炉冷却，出炉时间不低于24小时，硬度控制在HB298～202。

G、正火与回火：工件粗加工后，在电炉内升温4小时以上至915℃～925℃，视工件大小保温2～4小时，出炉后迅速用大排量风扇冷却，待其颜色完全变黑后随室温冷却；在高频淬火机床上对铸件表面进行加热，温度为1000～1020℃，随即以冷却液进行冷却，表面淬火后1小时将模具置于回火炉进行回火处理，升温2小时至400℃，保温4小时后随炉冷却；珠光体球墨铸铁材料的金相组织结果为：球化等级按GB9441—2009为2～3级，石墨大小为6～7级，珠光体呈细片状，珠光体数量为90%～95%，渗碳体≤1%，磷共晶≤1%。采用冲天炉熔炼的力学性能结果为：屈服极限σ0.2=655MPa，抗拉强度σb=1050MPa，断后伸长率δ=5%，整体硬度为HB264，工作面淬火后硬度为HRC56。采用电炉熔炼的力学性能结果为：屈服极限σ0.2=680MPa，抗拉强度σb=965MPa，断后伸长率δ=3%，整体硬度为HB272，工作面淬火后硬度为HRC59。

本发明的高强度珠光体球墨铸铁成功代替了合金工具钢锻件应用于O型机模具和成型模，打破了国外在该类模具材料上的垄断，极大地提高了钢管厂的经济效益，作为常温状态下压延成型用模具材料，在汽车、家电和钢铁工业领域也将具有广泛的应用前景。

Claims (2)

1.一种高强度珠光体球墨铸铁压延成型模具材料的制造方法，其特征在于高强度珠光体球墨铸铁材料的化学成分重量百分比为：C：3.69%～4.04%，Cu：0.32%～0.65%，Si：1.16%～1.96%，Mo：0.148%～0.171%，Mn：0.44%～0.54%，Re：0.0061%～0.038%，Pb：0.031%～0.035%，Mg：0.027%～0.074%，S：0.019%～0.025%，其余为铁和不可测量的微量元素。

2.根据权利要求1所述的一种高强度珠光体球墨铸铁压延成型模具材料的制造方法，其特征在于它的工艺流程步骤为：

A、配料：根据模具种类及使用要求，预设重量为3%～4%的烧损量后，以废合金钢为原料，确定选用材料的具体百分含量值进行配料，配料的重量百分比为：Q10新生铁65%，回炉铁25%，废钢10%，75硅铁2.5%，65锰铁0.6%，含钼55%的钼铁0.65%，含铜量为99%铜料0.8%，球化剂1.7%，孕育剂0.02%；

B、熔炼：将配料置于炉中加温到1500℃～1600℃，铜料和部分硅铁置于铁水包的底部以出炉铁水熔化；

C、球化及孕育：采用冲入法加入与铁水的重量比为1.3%～1.8%的稀土镁合金，铁水倒入钢包内的落点应在包内无稀土镁合金的一侧，使球化剂和孕育剂在球化过程中化学反应速度均匀；

D、检测及出铁水：按珠光体球墨铸铁的化学成分进行炉前快速检测，合格后出铁水，出铁水时用小颗粒硅铁进行槽口孕育；

E、浇铸和保温：铁水浇铸温度为1450℃～1480℃，将铁水快速浇入制作好的模型内，浇铸完毕后覆盖冒口，以减缓铸件冷却速度；

F、退火处理：对浇铸好的铸件升温至850℃～860℃，保温3~6小时后随炉冷却，出炉时间不低于24小时；

G、正火与回火：工件粗加工后，在电炉内升温4小时以上至915℃～925℃，视工件大小保温2～4小时，出炉后迅速用大排量风扇冷却，待其颜色完全变黑后随室温冷却，经淬火、回火处理，珠光体球墨铸铁材料的金相组织结果为：球化等级为2～3级，石墨大小为6～7级，珠光体呈细片状，珠光体数量为90%～95%，渗碳体≤1%，磷共晶≤1%，力学性能结果为：屈服极限σ0.2为655～680MPa，抗拉强度σb为965～1050MPa，断后伸长率δ为3%～5%，整体硬度为HB264～272，工作面淬火后硬度为HRC56～59。

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