CN101880829A - 新型镁合金热作模具钢 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型镁合金热作模具钢，其特征在于其按重量百分比由以下化学成分组成：C：0.250～0.350；Si：0.800～1.200；Mn：0.200～0.600；P 0.002～0.020；S 0.001～0.010；Cr：9.500～10.500；Co：9.500～10.500；Mo：2.800～3.200；V：0.800～1.200；W：0.400～0.600；Nb：0.100～0.300；N：0.005～0.100；Ti：0.050～0.200；Ce：0.005～0.100；Y：0.005～0.100；Ca：0.001～0.050。其提高新型镁合金热作模具钢的耐磨性和强韧性；提高热作模具的使用寿命与设备的工作效率及降低模具制造成本。

Description

新型镁合金热作模具钢
技术领域
本发明涉及一种新型镁合金热作模具钢，是一种新材料热作钢，适用于镁合金热作件和耐高温模具。
背景技术
镁合金压铸模具的失效形式与铝合金和铜合金等压铸模具失效形势不一样，对镁合金压铸模具的性能要求也不一样。铝合金和铜合金等压铸模具往往是因为热疲劳而失效。在镁合金压铸生产过程中，高压、高速镁合金液会对热作件产生严重的冲刷和侵蚀，工作环境比较恶劣。其失效形式主要如下：
1磨损热疲劳是铝合金和铜合金等压铸模具的主要失效形式。但是镁合金压铸模具的主要失效形式却是磨损。这要求镁合金热作件材料在600～700℃温度下具有高的组织稳定性，保持良好的强度、韧性和红硬性，都可提高热作件的抗磨损能力。
2侵蚀或冲刷镁合金液化学活性很强，对热作件材料有很强腐蚀性，镁合金中添加如Al、Zn等元素会加剧对热作件的侵蚀，在热作件表面形成脆性腐蚀产物，成为裂纹新的萌生源。因Ni会严重损害压铸镁合金件的耐腐蚀能力，所以压铸镁合金不能含有Ni元素。另外Ni在镁合金液中溶解度很高，其质量比可达20％左右，如果热作模具钢中含有Ni元素，在工作过程中会大量溶入镁合金液中，这将影响压铸镁合金件的性能，因而要求热作件材料中不能含有Ni元素。
德国开发出一种新的热作模具钢，牌号是1.2888，即X20CoCrWMo10-9。其主要化学成分(质量分数，％)为：C 0.17～0.23，Si 0 15～0.35，Mn 0.40～0.60，P＜0.035，S＜0.035，Cr 9.00～10.00，Mo 1.80～2.20，W 5.00～6.0，Co 9.5～10.50。目前镁合金压铸热作件所用材料1.2888价格昂贵。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型镁合金热作模具钢，其通过优化合金成分C、Cr、Co、Mo、W、V、N等元素，提高新型热作模具钢的红硬性、热稳定性、抗氧化性等；通过加入Ti、Y、Ce、Si-Ca细化晶粒、减少钢液中的O、S等有害元素与改善夹杂物形态及凝固组织，提高新型镁合金热作模具钢的耐磨性和强韧性；提高热作模具的使用寿命与设备的工作效率及降低模具制造成本。
本发明的技术方案是这样实现的：新型镁合金热作模具钢，其特征在于其按重量百分比由以下待物化学成分组成：C：0.250～0.350；Si：0.800～1.200；Mn：0.200～0.600；P 0.002～0.020；S 0.001～0.010；Cr：9.500～10.500；Co：9.500～10.500；Mo：2.800～3.200；V：0.800～1.200；W：0.400～0.600；Nb：0.100～0.300；N：0.005～0.100；Ti：0.050～0.200；Ce：0.005～0.100；Y：0.005～0.100；Ca：0.001～0.050。
本发明的积极效果在于通过优化合金成分设计、孕育、变质、微合金化等，提高了热作模具钢的抗磨损、抗侵蚀和抗冲刷等能力，提高热作模具的使用寿命与设备的工作效率及降低模具制造成本。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明做进一步的描述：
实施例1：镁合金罩盖压铸模具
1.化学成分
新型镁合金热作模具钢重量百分比成分如下：C：0.35；Si：1.2；Mn：0.20；P 0.025；S 0.005；Cr：10.50；Co：10.50；Mo：3.20；V：1.20；W：0.58；Nb：0.28；N：0.009；Ti：0.050；Ce：0.005；Y：0.005；Ca：0.002。
2.中频熔炼工艺
采用3000Kg中频感应电炉，碱性炉衬，不氧化法炼钢工艺。少量底渣，大功率熔化；化清后及时取样；高温精炼，综合脱氧，出钢前5～10分钟保证成分和温度合适，炉渣纯白；合金化后10分钟取终点样；硫磷含量实际要求P≤0.02，S≤0.008。终脱氧用Al分两次加入，出钢前炉内1.5公斤，钢包内出钢三分之一时加1公斤。废钢熔清后，加入各种铁合金(Cr-Fe、Mo-Fe、Ni等)，出钢前加入V-Fe，在1600～1650℃插Al出钢，采用包内冲入法进行复合变质、孕育、净化处理，包内复合变质剂组成为：Y、Ce、Ti-Fe、Si-Ca，其粒度为5～10mm。
3.电渣重熔工艺
要保证电极焊接密实，保证同心对中，清除飞翅和氧化物；石墨化渣，低位送渣启弧；控制电极插入深度，适当提高熔速；交换电极前大功率提温，换入电极点动送电，触发后缓慢调整；保证电极的完整性，防止掉块；保证引锭顺利，检查结晶器内部表面和两头变形情况；适当配加脱氧剂Ti或Al粉；中期调整渣料15公斤，分三次以上加入，配比20％Al2O3+80％CaF2；分段补缩。
4.锻造工艺
采用分段加热，加热速度不超过200℃/小时，始锻温度为1250℃，终锻温度为850℃。采用三镦三拔，锻造比大于6。
5.均匀化和晶粒细化工艺
采用1250℃保温24小时，炉冷进行高温均匀化扩散处理，采用1130℃两次空冷正好进行晶粒超细化处理，采用完全球化退火工艺。
6.模具的加工与热处理
新型镁合金热作模具钢制造的镁合金罩盖压铸模具，按照图纸进行加工，粗加工后采用1130℃淬火，650℃两次回火热处理，回火后硬度HRC48。最后精加工出库。
7.使用效果：
采用新型镁合金热作模具钢制造镁合金罩盖压铸模具，该模具在布勒630吨热室压铸机上应用，目前该模具已经使用到18万模次，表面有磨损，但不影响继续使用。采用H13制作该模具，使用寿命10万模左右。
实施例2：镁合金汽车方向盘压铸模具
1.化学成分
新型镁合金热作模具钢重量百分比成分如下：C：0.25；Si：0.80；Mn：0.460；P 0.02；S 0.01；Cr：9.50；Co：9.50；Mo：2.80；V：0.85；W：0.42；Nb：0.15；N：0.006；Ti：0.050；Ce：0.005；Y：0.005；Ca：0.002。
2.中频熔炼工艺
采用1000Kg中频感应电炉，碱性炉衬，不氧化法炼钢工艺。少量底渣，大功率熔化；化清后及时取样；高温精炼，综合脱氧，出钢前5～10分钟保证成分和温度合适，炉渣纯白；合金化后10分钟取终点样；硫磷含量实际要求P≤0.02，S≤0.008。终脱氧用Al分两次加入，出钢前炉内0.5公斤，钢包内出钢三分之一时加0.5公斤。废钢熔清后，加入各种铁合金(Cr-Fe、Mo-Fe、Ni等)，出钢前加入V-Fe，在1600～1650℃插Al出钢，采用包内冲入法进行复合变质、孕育、净化处理，包内复合变质剂组成为：Y、Ce、Ti-Fe、Si-Ca，其粒度为5～10mm。
3.电渣重熔工艺
要保证电极焊接密实，保证同心对中，清除飞翅和氧化物；石墨化渣，低位送渣启弧；控制电极插入深度，适当提高熔速；交换电极前大功率提温，换入电极点动送电，触发后缓慢调整；保证电极的完整性，防止掉块；保证引锭顺利，检查结晶器内部表面和两头变形情况；适当配加脱氧剂Ti或Al粉；中期调整渣料5公斤，分三次以上加入，配比20％Al2O3+80％CaF2；分段补缩。
4.锻造工艺
采用分段加热，加热速度不超过200℃/小时，始锻温度为1250℃，终锻温度为850℃。采用三镦三拔，锻造比大于6。
5.均匀化和晶粒细化工艺
采用1250℃保温24小时，炉冷进行高温均匀化扩散处理，采用1130℃两次空冷正好进行晶粒超细化处理，采用完全球化退火工艺。
6.模具的加工与热处理
新型镁合金热作模具钢制造的镁合金罩盖压铸模具，按照图纸进行加工，粗加工后采用1130℃淬火，620℃两次回火热处理，回火后硬度HRC45。最后精加工出库。
7.使用效果：
采用新型镁合金热作模具钢制造镁合金方向盘压铸模具，该模具在布勒630吨热室压铸机上应用，目前该模具已经使用到20万模次，表面有磨损，但不影响继续使用。采用H11制作该模具，使用寿命8万模左右。
实施例3  150吨热室压铸机料壶
1.化学成分
用该新型热作模具钢来铸造150吨热室压铸机料壶，其重量百分比成分如下：C：0.25；Si：0.880；Mn：0.50；P 0.01；S 0.01；Cr：9.050；Co：9.900；Mo：3.020；V：0.885；W：0.58；Nb：0.10；N：0.008；Ti：0.050；Ce：0.005；Y：0.005；Ca：0.002。
2.熔炼与浇注
采用500Kg中频感应电炉，不氧化法炼钢工艺。生铁、废钢熔清后，加入各种铁合金(Cr-Fe、Mo-Fe、Ni等)，出钢前加入V-Fe，在1600～1650℃插Al出钢，采用包内冲入法进行复合变质、孕育、净化处理，包内复合变质剂组成为：Y、Ce、Ti-Fe、Si-Ca，其粒度为5～10mm。
3.加工与热处理
该镁合金料壶按照图纸进行加工，粗加工后采用1130℃淬火，670℃两次回火热处理，回火后硬度HRC38。最后精加工出库。
4.使用效果：
用该新型热作模具钢制作的150吨热室压铸机料壶使用寿命达到21天，因料壶内径磨损超差而失效，与用进口H1.2888制作的料壶寿命相当。值得注意的是，该料壶铸造毛坯成本9000元，加工和热处理成本6000元，合计15000元左右。进口该类料壶价格一般在10万元以上，经济效益显著。

Claims (1)

1.新型镁合金热作模具钢，其特征在于其按重量百分比由以下化学成分组成：C：0.250～0.350；Si：0.800～1.200；Mn：0.200～0.600；P 0.002～0.020；S 0.001～0.010；Cr：9.500～10.500；Co：9.500～10.500；Mo：2.800～3.200；V：0.800～1.200；W：0.400～0.600；Nb：0.100～0.300；N：0.005～0.100；Ti：0.050～0.200；Ce：0.005～0.100；Y：0.005～0.100；Ca：0.001～0.050。
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