CN104099519B

CN104099519B - 一种耐温冲针及其制备方法

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Publication number: CN104099519B
Application number: CN201410322742.6A
Authority: CN
Inventors: 吴满旵
Original assignee: NINGBO YINZHOU QIANGLI FASTENER FACTORY
Current assignee: Ningbo Wenerchang New Material Technology Co ltd
Priority date: 2014-07-08
Filing date: 2014-07-08
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2034-07-08
Also published as: CN104099519A

Abstract

本发明涉及一种耐温冲针及其制备方法，属于模具加工技术领域。所述耐温冲针的组成元素及质量百分比为：碳(C)：0.30％-0.40％，铬(Cr)：12.50％-14.70％，钼(Mo)：0.10％-0.20％，铼(Re)：0.50％-1.20％，余量为铁(Fe)以及不可避免的杂质。并通过原料配制、退火处理、淬火与回火、表面抛光处理制得该耐温冲针。本发明耐温冲针的原料配伍合理，通过各元素之间产生的协同作用，提高了冲针的强度、硬度、耐高温性、耐磨性等综合性能，使其硬度可达56-58HRC，使用寿命长，并节约了生产成本与资源，提高了生产效益。

Description

一种耐温冲针及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐温冲针，具体涉及一种耐温冲针及其制备方法，属于模具加工技术领域。

背景技术

冲压模具是在冷冲压加工中，将材料(金属或非金属材料)加工成零件(或半成品)。冲针又名冲头，是冲压模具工作中必不可少的配件，属于可更换的模具耗材，常常将其直接与材料接触，使材料发生分离或者塑性形变。因此，冲针的材质、结构、形状等直接影响着冲压件的质量、生产效率以及生产成本等。而现有技术生产的冲针存在易断、磨损较快、强度不够高、耐高温性不好等不足。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种耐磨性能、耐高温性能都较好且使用寿命长的耐温冲针。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种耐温冲针，所述耐温冲针的组成元素及质量百分比为：碳(C)：0.30％-0.40％，铬(Cr)：12.50％-14.70％，钼(Mo)：0.10％-0.20％，铼(Re)：0.50％-1.20％，余量为铁(Fe)以及不可避免的杂质。

相较于现有技术，本发明中耐温冲针通过极少的组成元素，以及优化各成分的配比，使其耐磨性能好，耐高温且使用寿命长。

碳是钢中重要的组成元素，它以固溶和形成碳化物的方式来提高冲针的强度、改善冲针的耐磨性。随着碳含量的增加，碳化合物的数量增加，尺寸加大，从而缩小碳化合物间的间距，提高其耐磨性。但是如果碳含量过高，会加大冲针的脆性，降低其强度和韧性，反而导致冲针易断；若碳含量过低，冲针的硬度低，耐磨性能差。本发明中将碳元素的含量控制在0.30％-0.40％，可使耐温冲针具有较好的综合性能。

本发明耐温冲针中铬(Cr)元素含量较高，可达12.50％-14.70％。铬元素与碳元素可产生协同作用，形成多种碳化物，随着铬元素含量的增加，碳化物的数量也在不断的增加。在冲针中加入高含量的铬元素，不仅能改变冲针中碳化物弥散分布形态，获得以Cr₂₃C₆和Cr₇C₃为主的碳化物，使其弥散分布于奥氏基体上，还能提高冲针的耐磨性、硬度、强度和抗高温、抗腐蚀性能。而且铬元素的加入能提高钢材的淬透性以及钢材的抗氧化性能，同时也可以提高冲针的抗回火稳定性以及冲针的抗接触疲劳性能。当铬元素的含量超过12％时，可使钢材具有良好的高温抗氧化和耐氧化性介质腐蚀的作用；但当铬元素的含量超过15％时，会导致冲针的韧性和塑性降低。因此本发明耐温冲针中将铬元素的加入量控制在12.50％-14.70％，既保证了冲针的硬度和耐磨性能，又有效防止其韧性和塑性的降低。

在本发明耐温冲针中加入0.10％-0.20％钼(Mo)元素，可有效抑制冲针冷却过程中晶界碳化物的析出，有利于细化晶粒，提高冲针的韧性；并增加碳化物的数量，提高碳化物的硬度，改善冲针的耐磨性，提高冲针的高温硬度以及冲针的高温耐磨性。同时钼可以有效地抑制渗碳体聚集，使钼的碳化物以极细小尺寸弥散分布在奥氏体中，强化奥氏体组织，从而增加冲针的强度和硬度，增强其形变硬化性能，改善其抗磨损能力。此外，钼元素还可以和铬元素产生协同作用，提高冲针的抗回火稳定性，并减小甚至消除冲针的回火脆性。但是钼元素会降低冲针的导热性，若钼含量过高，冲针的导热性降低，从而增大冲针的热应力，降低其抗热疲劳性能。通过试验发现，将本发明耐温冲针中钼含量控制在0.10％-0.20％之间，冲针的效果最佳。

本发明耐温冲针中加入少量稀土元素铼(Re)，用以固溶强化，提高冲针的硬度、耐磨性、冲击韧性等综合性能，使冲针能在长期使用中耐受摩擦力。铼的加入能够提高冲针的抗氧化性和耐腐蚀性，且其化学性质活泼，可以与硫元素化合，成为很好的脱硫剂和去气剂，从而可以改变钢中夹杂物的分布与形态，改善冲针的质量。特别的，在冲针中加入铼元素，可以产生铼效应，提高冲针的强度和韧性。

虽然上述元素对耐温冲针材料都有一定的贡献，但使用时最关键的是要用合理的配比及组合，这样才能充分发挥各元素的优越性。

为了获得良好的综合性能的耐温冲针，必须严格控制杂质元素的含量。所述杂质中，硫(S)元素的质量百分比小于等于0.025％，磷(P)元素的质量百分比小于等于0.025％。磷和硫都是有害元素，硫不仅在高温下会与铁元素形成FeS化合物，导致热脆，降低钢材的热塑性、耐腐蚀性和焊接性能。本发明耐温冲针中将硫含量控制在0.025％以内用以降低冲针的热脆性，提高它的延展性和韧性。而磷主要以Fe₃P和Fe₂P的形式存在，磷化物的熔点低于钢的熔点，当钢液凝固时磷就富集在树枝状结晶之间，形成磷偏析，溶解于钢中的磷则沿晶界分布，导致钢的脆化。所以降低耐温冲针中的磷含量可以有效的提高其抗拉强度。因此本发明耐温冲针中的硫和磷元素的含量均控制在0.025％以内。

与现有技术相比，本发明通过极少的组成元素之间的合理配伍，制得耐磨性能好，耐高温且使用寿命长的耐温冲针。

进一步地，所述耐温冲针的组成元素及质量百分比为：碳(C)：0.35％，铬(Cr)：13.50％，钼(Mo)：0.15％，铼(Re)：0.80％，余量为铁(Fe)以及不可避免的杂质。

进一步地，所述耐温冲针的组成元素及质量百分比为：碳(C)：0.30％，铬(Cr)：14.7％，钼(Mo)：0.1％，铼(Re)：1.20％，余量为铁(Fe)以及不可避免的杂质。

进一步地，所述耐温冲针的组成元素及质量百分比为：碳(C)：0.40％，铬(Cr)：12.5％，钼(Mo)：0.2％，铼(Re)：0.50％，余量为铁(Fe)以及不可避免的杂质。

本发明还提供一种制备上述耐温冲针的方法，所述的制备方法包括以下步骤：

S1、原料配制：按耐温冲针所述的组成元素及质量百分比配制原料，并在820℃-870℃下锻造成耐温冲针坯件；

S2、退火处理：将上述耐温冲针坯件进行等温球化退火处理，再将其加工成耐温冲针初成品；

S3、淬火与回火：将上述耐温冲针初成品加热至1100℃-1150℃进行淬火，保温1-3小时后油冷至室温，然后进行回火处理，第一次回火温度为540℃-570℃，保温1-3小时，冷却至60℃后于530℃-550℃下进行第二次回火处理，得耐温冲针半成品；

S4、表面抛光处理：将上述耐温冲针半成品进行化学抛光处理即得耐温冲针成品。

在上述耐温冲针的制备方法中，作为优选，步骤S1中所述锻造处理的锻造温度为830℃-850℃。

在上述耐温冲针的制备方法中，作为优选，步骤S2中所述等温球化退火中加热温度为800℃-850℃，保温时间为2-4小时，等温退火温度为730℃-750℃，保温时间为3-5小时。

在上述耐温冲针的制备方法中，作为优选，步骤S3中所述表面淬火处理为加热至1110℃-1130℃进行油冷淬火，保温1-3小时后冷却，然后进行回火处理，第一次回火温度为550℃-560℃，保温3小时，冷却至60℃后在540℃-550℃下进行第二次回火处理。

在上述耐温冲针的制备方法中，作为优选，步骤S4中所述的化学抛光处理中抛光温度为10℃-40℃，抛光时间为0.5-3min。

在上述耐温冲针的制备方法中，作为优选，步骤S4中所述抛光液的组成成分为硝酸、氢氟酸和乳化剂。

所述耐温冲针的锻造工艺和等温球化退火工艺，一方面可以细化晶粒，提高材料的强韧性；另一方面可以形成均匀、细小、弥散分布的碳化物，为随后的热处理准备组织条件，避免局部的应力集中而产生热处理开裂，解决断裂和龟裂的问题，同时也有助于提高冲针的使用寿命。

所述耐温冲针的热处理中，表面淬火过程使耐温冲针工作层获得良好且适用的组织，充分发挥各元素在耐温冲针中的作用，提高冲针本身工作层的硬度以及耐磨性。

所述耐温冲针的表面抛光处理，是为了去除其表面的氧化物、毛刺、污迹等，抛光后的冲针表面更加光亮，同时提高了冲针的使用寿命。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)本发明耐温冲针的原料配伍合理，通过各元素之间产生的协同作用，提高了冲针的强度、硬度、耐高温性、耐磨性等综合性能。

2)本发明耐温冲针的制备方法简单易行，通过特定原料的配伍及特定制备方法，使制得的耐温冲针的硬度可达56-58HRC，其使用寿命大有提高。

3)与现有技术相比，本发明耐温冲针大大减少了其他元素的使用，节约了生产成本与资源，同时提高了生产效益。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中，1、球面；2、大圆锥部；3、小圆锥部；4、圆柱部。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

本发明耐高温冲针包括圆柱部4、小圆锥部3和大圆锥部2，所述小圆锥部和大圆锥部均设置有锥度且大圆锥部的锥度大于小圆锥部的锥度，小圆锥部的一端连接在圆柱部的一端，小圆锥部的另一端连接至大圆锥部的一端，在大圆锥部的另一端的端部设置成球面1。

表1：实施例1-3用于制备耐温冲针的组成元素及质量百分比

实施例1

原料配制：按表1实施例1所述耐温冲针的组成元素及质量百分比配制原料，锻造成耐温冲针坯件，其中锻造温度为830℃；

退火处理：将上述耐温冲针坯件进行等温球化退火处理，其中加热温度为800℃，保温时间为2小时，等温温度为730℃，保温时间为3小时，再将其加工成耐温冲针初成品；

淬火与回火：将上述耐温冲针初成品加热至1100℃进行淬火，保温1小时后油冷至室温，然后进行回火处理，第一次回火温度为550℃，保温1小时，冷却至60℃后于540℃下进行第二次回火处理，得耐温冲针半成品；

表面抛光处理：将上述耐温冲针半成品进行化学抛光处理，其中抛光液组成成分为硝酸、氢氟酸和乳化剂，抛光温度为10℃，抛光时间为1.5min，即得耐温冲针成品。

实施例2

原料配制：按表1实施例2所述耐温冲针的组成元素及质量百分比配制原料，锻造成耐温冲针坯件，其中锻造温度为840℃；

退火处理：将上述耐温冲针坯件进行等温球化退火处理，其中加热温度为830℃，保温时间为3小时，等温温度为740℃，保温时间为4小时，再将其加工成耐温冲针初成品；

淬火与回火：将上述耐温冲针初成品加热至1120℃进行淬火，保温2小时后油冷至室温，然后进行回火处理，第一次回火温度为560℃，保温2小时，冷却至60℃后于540℃下进行第二次回火处理，得耐温冲针半成品；

表面抛光处理：将上述耐温冲针半成品进行化学抛光处理，其中抛光液组成成分为硝酸、氢氟酸和乳化剂，抛光温度为25℃，抛光时间为2min，即得耐温冲针成品。

实施例3

原料配制：按表1实施例3所述耐温冲针的组成元素及质量百分比配制原料，锻造成耐温冲针坯件，其中锻造温度为850℃；

退火处理：将上述耐温冲针坯件进行等温球化退火处理，其中加热温度为850℃，保温时间为4小时，等温温度为750℃，保温时间为5小时，再将其加工成耐温冲针初成品；

淬火与回火：将上述耐温冲针初成品加热至1130℃进行淬火，保温3小时后油冷至室温，然后进行回火处理，第一次回火温度为560℃，保温3小时，冷却至60℃后于550℃下进行第二次回火处理，得耐温冲针半成品；

表面抛光处理：将上述耐温冲针半成品进行化学抛光处理，其中抛光液组成成分为硝酸、氢氟酸和乳化剂，抛光温度为40℃，抛光时间为3min，即得耐温冲针成品。

将实施例1-3中制得的耐温冲针进行性能测试，测试结果如表2所示。

表2：本发明实施例1-3制得的耐温冲针的性能测试结果

对比例为现有技术中普通市售冲针的基本性能。

综上所述，本发明耐温冲针的原料配伍合理，使其各方面的性能得到较大的改善，得到的耐温冲针强度高、硬度高、韧性好、耐高温、耐磨性好，使用寿命长，约为普通冲针的30倍。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种耐温冲针，其特征在于，所述耐温冲针的组成元素及质量百分比为：碳(C)：0.30％-0.40％，铬(Cr)：12.50％-14.70％，钼(Mo)：0.10％-0.20％，铼(Re)：0.50％-1.20％，余量为铁(Fe)以及不可避免的杂质；

所述耐温冲针的制备方法包括以下步骤：

S1、原料配制：按上述耐温冲针的组成元素及质量百分比配制原料，并在820℃-870℃下锻造成耐温冲针坯件；

S2、退火处理：将耐温冲针坯件进行等温球化退火处理，再将其加工成耐温冲针初成品；

S3、淬火与回火：将耐温冲针初成品加热至1100℃-1150℃进行油冷淬火，保温1-3小时后冷却，然后进行回火处理，第一次回火温度为540℃-570℃，保温1-3小时，冷却至60℃后于530℃-550℃下进行第二次回火处理，得耐温冲针半成品；

S4、表面抛光处理：将耐温冲针半成品进行化学抛光处理即得耐温冲针成品。

2.根据权利要求1所述的耐温冲针，其特征在于，所述杂质中，硫(S)元素的质量百分比小于等于0.025％，磷(P)元素的质量百分比小于等于0.025％。

3.根据权利要求2所述的耐温冲针，其特征在于，所述耐温冲针的组成元素及质量百分比为：碳(C)：0.35％，铬(Cr)：13.50％，钼(Mo)：0.15％，铼(Re)：0.80％，余量为铁(Fe)以及不可避免的杂质。

4.根据权利要求2所述的耐温冲针，其特征在于，所述耐温冲针的组成元素及质量百分比为：碳(C)：0.30％，铬(Cr)：14.7％，钼(Mo)：0.1％，铼(Re)：1.20％，余量为铁(Fe)以及不可避免的杂质。

5.根据权利要求2所述的耐温冲针，其特征在于，所述耐温冲针的组成元素及质量百分比为：碳(C)：0.40％，铬(Cr)：12.5％，钼(Mo)：0.2％，铼(Re)：0.50％，余量为铁(Fe)以及不可避免的杂质。

6.根据权利要求1所述耐温冲针，其特征在于，步骤S1中所述锻造处理的锻造温度为830℃-850℃。

7.根据权利要求1所述耐温冲针，其特征在于，步骤S2中所述等温球化退火中加热温度为800℃-850℃，保温时间为2-4小时，等温退火温度为730℃-750℃，保温时间为3-5小时。

8.根据权利要求1所述耐温冲针，其特征在于，步骤S3中所述淬火与回火处理为加热至1110℃-1130℃进行油冷淬火，保温1-3小时后冷却，然后进行回火处理，第一次回火温度为550℃-560℃，保温3小时，冷却至60℃后在540℃-550℃下进行第二次回火处理。

9.根据权利要求1所述耐温冲针，其特征在于，步骤S4中所述的化学抛光处理中抛光温度为10℃-40℃，抛光时间为0.5-3min。