CN102912241B - 一种耐热耐磨的模具材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种材料，尤其是一种耐热耐磨的模具材料。其组成的比例为：1.2-3.5.0%C；1.0-3.5%Si；0.5-1.2%Mn；≦0.02%S；0.3-1.0%Cu；0.5-5.0%Cr；0.5-3.0%Al；其余为Fe。上述材料导热性能优于钢，而机械性能接近钢，其化学性能稳定不玷污铝液和耐磨性能好，材料中石墨使模具材料导热性能优良，石墨细小及其末端园钝能保证材料机械性能略微降低，材料中所加入的适量合金元素，那么在制作磨具时使模具热处理后内腔形成一层与铝及其合金液不侵润的保护膜，在使用过程中内腔膜破损处会不断产生新保护膜，所以能耐住铝液侵蚀。本发明的材料中Cr元素与碳形成金属化合物从而使模具有优良耐磨性能，材料中石墨是优良固体润滑剂从而能减少磨损，能减少铝及其合金的表面磨损。
Description
技术领域
本发明涉及一种材料，尤其是一种耐热耐磨的模具材料。
背景技术
为节省能源世界各国均以提高热与电能或热与动能转换的机器的工作温度来改善其效益，这样一来与之配套的一些零件的材料却因不耐热和耐磨而失效。此外，随着热压或热挤压成型的塑料、有色金属或钢铁零件的新工艺采纳，其成型温度和压力上升，原来用于制造模具的材料已经不能满足新的性能要求。
对于耐热耐磨材料，多采用钢制件，但对于导热要求非常高的模具来说，钢制模具没有石墨模具好。目前，我国这些零部件多依赖于进口，例如：用于汽车增压器轴衬套的材料PL33(近似石墨铸铁材料)是德国Mahle公司的科研成果，目前用该材料生产增压器轴衬套的公司在全世界具有市场垄断地位，耐热钢的成本高，且成形性能差，耐热铸铁成形优异，且导热性能优于钢种，但机械性能难符合要求，因此现有技术的耐热耐磨材料成本高，效率低，适用性很窄。
比如以铝及其合金的压铸或拉铸模具的工作特点，来开发的一种材料，应考虑其工作特点。压铸或拉铸铝及其合金时，先将液态的、待加工的铝及其合金熔炼，此时的合金液已被加热到纯铝的熔点660.25℃以上(约710℃)，待其冷至半固态，浇注入模具，进行挤压或拉拔形成为市场所需的线材、板材和型材，成型的模具直接与铝液接触，受热极不均匀，温度梯度可以达到200℃/mm。因此，模具首先要求导热性能良好。模具侵入铝液中，耐热铸铁或耐热钢所制造的模具，会与铝液发生反应，石墨模具则有铝液渗透。这样使模具内腔化学成分和尺寸变化，材料成型时候所带来振动、冲击力使模具很快失效。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种成本低、成型工艺节省、加工精度高、使用寿命长的耐热耐磨的模具材料。
本发明解决其技术问题采用一种耐热耐磨的模具材料，其成分比例为：
C：1.2-5.0%；Si：1.0-5.0%；Mn：0.5-1.2%；
S：0.01-0.02%；Cu：0.3-1.0%；Cr：0.5-5.0%；
Al：0.5-3.0%；Fe：79.78-95.99%
本发明的最佳比例为：
C：3%；Si：2.5%；Mn：0.8%；
S：0.01%；Cu：0.5%；Cr：3%；
Al：2%；Fe：88.19%
本发明的进一步设置为：高温熔炼后使各成分比例达到3%C，0.01%S，2.5%Si，0.8%Mn，0.5%Cu，3%Cr，2%Al，接着进行变质处理，使碳一部分以细小和末梢园钝石墨形式存在材料中，一部分则与Cr形成孤立的硬质碳化物。
上述材料导热性能优于钢，而机械性能接近钢，其化学性能稳定不玷污铝液和耐磨性能好，材料中具有网络结构的石墨使模具材料导热性能优良，石墨细小及其末端园钝能保证材料机械性能略微降低，材料中所加入的适量合金元素，那么在制作磨具时使模具热处理后内腔形成一层与铝及其合金液不侵润的保护膜，由于本发明的材料中含有大量这些元素，所以在使用过程中内腔膜破损处会不断产生新保护膜，所以能耐住铝液侵蚀，本发明的材料中会变质处理时会产生颗粒Cr7C3金属化合物从而使模具有优良耐磨性能，而石墨是优良固体润滑剂，能减少铝及其合金的表面磨损。
具体实施方式
本发明一种耐热耐磨的模具材料，是将原料投入熔炉，通过高温熔炼将S的含量降至0.02%以下，接着在熔炼液里加入按一定顺序加入合金料，分别增加合金液中Cu、Cr、Si、Mn、Al使各成分比例达到3%C，0.01%S，2.5%Si，0.8%Mn，0.5%Cu，3%Cr，2%Al，进行变质处理后浇注成型，形成模具的坯料。
C为碳，在本发明的材料中，最终形成石墨和碳化物，S为硫，Si为硅，Mn为锰，Cu为铜，Cr为铬，Al为铝。
本发明中加入高硅和高碳，使材料凝固时候处于Fe-FeC相图中共晶点，所以成型工艺易掌控，模具的加工成本低，而在用材料浇注成型前进行变质处理，使铸铁中类似于裂纹的石墨细小，末端圆润不引起应力集中，从而减少其对机械性能的影响，而具有接近钢的机械性能。
材料中铜有耐腐蚀作用，其中硅可以强化铁素体，提高屈强比，改善材料的耐热性和耐腐蚀性，能细化组织。若Cu和Si含量高则降低材料的韧性和塑性，增加回火脆性倾向；而锰可以降低钢的临界淬火速度，在冷却时增加奥氏体的稳定性，抑制奥氏体的分解，使高温下形成的奥氏体得以保持到常温；铬能提高材料强度，提高铁素体硬度，含量大于1%时降低铁素体冲击韧性，降低钢的共析含碳量，改变钢的等温转变S曲线（右移、双曲线）增加淬透性，促进马氏体形成，含量高时增加残留奥氏体，增加抗磨抗蚀能力。
因此在本是实施例中采用上述比例配合，为最佳的比例。
本发明主要针对铝及其合金的压铸或拉铸模具的工作特点，所开发的一种材料。压铸或拉铸铝及其合金时，主要是将待加工的铝及其合金液(约710℃)冷至半固态，浇注入模具，进行挤压或拉拔形成为市场所需的线材、板材和型材。加工时成型的模具直接与铝液接触，受热极不均匀，温度梯度可以达到200℃/mm。因此，模具首先要求导热性能良好。模具侵入铝液中，耐热铸铁或耐热钢所制造的模具，会与铝液发生反应，石墨模具则有铝液渗透。这样使模具内腔化学成分和尺寸变化，材料成型时候所带来振动、冲击力使模具很快失效。
通过改变材料中的各成分的比例，使本发明中的材料耐磨性和耐高温的性能突出，有一定自我修复能力，所以使用寿命长。
Claims (3)
1.一种耐热耐磨的模具材料，其成分比例为：
2.按照权利要求1所述的耐热耐磨的模具材料，其成分比例为：
3.按照权利要求2所述的耐热耐磨的模具材料，其特征在于：高温熔炼
后使各成分比例达到3％C，0.01％S，2.5％Si，0.8％Mn，0.5％Cu，3％Cr，
2％Al，接着进行变质处理，使碳一部分以细小和末梢园钝石墨形式存在
材料中，一部分则与Cr形成孤立的硬质碳化物。
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Address after: 314000 No. 336 wind road, Zhejiang, Jiaxing Patentee after: JIAXING JICHENG MACHINERY Co.,Ltd. Address before: 314000 No. 336 wind road, Zhejiang, Jiaxing Patentee before: JIAXING JIECHENG MACHINERY Co.,Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Wear resistant and wearable die material Effective date of registration: 20180530 Granted publication date: 20160127 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited by Share Ltd. Jiaxing Economic Development Zone sub branch Pledgor: JIAXING JICHENG MACHINERY Co.,Ltd. Registration number: 2018330000132 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20201120 Granted publication date: 20160127 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited by Share Ltd. Jiaxing Economic Development Zone sub branch Pledgor: JIAXING JICHENG MACHINERY Co.,Ltd. Registration number: 2018330000132 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A kind of die material with heat resistance and wear resistance Effective date of registration: 20201122 Granted publication date: 20160127 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited by Share Ltd. Jiaxing Economic Development Zone sub branch Pledgor: JIAXING JICHENG MACHINERY Co.,Ltd. Registration number: Y2020330000989 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20210624 Granted publication date: 20160127 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited by Share Ltd. Jiaxing Economic Development Zone sub branch Pledgor: JIAXING JICHENG MACHINERY Co.,Ltd. Registration number: Y2020330000989 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A kind of heat-resistant and wear-resistant die material Effective date of registration: 20221009 Granted publication date: 20160127 Pledgee: China Construction Bank Corporation Jiaxing Nanhu Sub-branch Pledgor: JIAXING JICHENG MACHINERY Co.,Ltd. Registration number: Y2022330002495 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20231212 Granted publication date: 20160127 Pledgee: China Construction Bank Corporation Jiaxing Nanhu Sub-branch Pledgor: JIAXING JICHENG MACHINERY Co.,Ltd. Registration number: Y2022330002495 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |