CN104109808B

CN104109808B - 一种耐温冲针及其制备方法

Info

Publication number: CN104109808B
Application number: CN201410324441.7A
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: 2016-07-27
Anticipated expiration: 2034-07-08
Also published as: CN104109808A

Abstract

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。所述耐温冲针的组成元素及质量百分比为：碳(C)：0.35‑0.4％，铬(Cr)：12.5‑14.0％，锰(Mn)：0.5‑0.8％，钼(Mo)：0.3‑0.5％，钒(V)：0.3‑0.5％，铼(Re)：0.3‑0.5％，余量为铁(Fe)以及不可避免的杂质。其制备方法包括以下步骤：按上述耐温冲针的组成元素及质量百分比配制原料；冶炼、浇注，加工成所需的形状；进行二次回火处理；800℃‑860℃进行热处理，然后进行感应淬火和回火，即可得到耐温冲针。所述耐温冲针的强度、硬度、耐高温性、耐磨性等性能高，生产成本低。

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)：0.35％-0.40％，铬(Cr)：12.50％-14.00％，锰(Mn)：0.50％-0.80％，钼(Mo)：0.30％-0.50％，钒(V)：0.30％-0.50％，铼(Re)：0.30％-0.50％，余量为铁(Fe)以及不可避免的杂质。

相对于现有技术，本发明耐温冲针通过合理地配伍原材料，在不含镍，含极少钼的基础上，通过优化碳、锰、钒、铼等元素的配比使其产生协同作用，得到耐磨性好、耐温范围宽，使用寿命长的耐温冲针。

碳在钢中可与铁、铬形成稳定的(Cr，Fe)7C3型碳化物，也可与Fe、Mn形成碳化物，用以提高耐温冲针的强度和耐磨性，同时又保证了足够的塑性、韧性及其耐温性。虽然随着碳含量的增加，碳化合物的数量增加，尺寸加大，可缩小碳化合物间的间距，提高顶头的耐磨性，但是碳含量不是越多越好。如果碳含量过高，耐温冲针的机械性能尤其是韧性显著变差，脆性增大，不利于冲针在恶劣的工况下的使用；如果碳含量过低，耐温冲针的硬度会降低，耐磨性会降低。综合各方面因素，本发明耐温冲针中将碳元素的含量控制在0.35-0.40％。

与现有技术相比，本发明耐温冲针中的铬含量大大增加，为12.5％-14.0％。铁与铬的亲和力比其他元素强，容易与碳结合成(Fe、Cr)₃C型碳化物，且随铬含量的增加，不仅能改变顶头中碳化物弥散分布形态，Cr₂₃C₆为主的粒状碳化物也会增加，使其弥散分布于奥氏基体上，而Cr₇C₃型碳化物的显微硬度可以达到1600-1800HV，这有利于提高冲针的硬度和耐磨性。且铬元素的加入能提高冲针的抗高温性能和耐腐蚀性能。但是超过14％的铬反而会降低冲针的韧性和塑性。因此本发明耐温冲针将铬含量提高到12.5％-14.0％，使铬与其他元素产生协同作用，有效地提高耐温冲针耐磨性能2倍以上。

锰(Mn)是钢管顶头主要的强化元素，可以和碳形成Mn₃C碳化物，Mn₃C碳化物又能与铁元素相互溶解，在钢管顶头中生成(FeMn)₃C型碳化物，降低奥氏体分解速度，从而大大提高钢管顶头的强度和耐磨性。但锰作为过热敏感性元素，含量过高，会出现大量的网状铁素体，从而增加钢管顶头的回火脆性倾向，最终导致淬火组织中残余奥氏体的增加，而残余奥氏体不利于钢管顶头的热处理和使用。在现有技术的基础上适当降低锰含量，可显著耐温冲针的耐磨性，并显著增大加工硬度。因此本发明耐温冲针中锰元素的加入量控制在0.30％-0.80％之间，能起到细化冲针的基体组织，提高冲针的强度和韧性的作用，还可提高耐温冲针的耐磨性、耐温性。

钼能细化晶粒，弥散强化，从而提高耐温冲针的强度、硬度、耐磨性等。经实验可知当加入0.30％-0.50％钼时，与铬、锰配合使用可使三种元素的有益作用同时最大化地发挥出来，耐温冲针的耐磨性可提高20-30％，强度、塑性和冲击韧性也提高15％-20％。

钒不仅是强化合物形成元素，还是钢材优良的脱氧剂，能与碳的结合，形成高熔点、高硬度、高弥散度且稳定的VC碳化物，并细化晶粒。在本发明耐温冲针中加入钒，可与其他元素产生协同作用，大大提高耐温冲针的强度和韧性以及耐温冲针的抗腐蚀能力。但是钒有很强的沉淀强化作用，过量的钒会明显耐温冲针的加工性能，且价格昂贵，会增加成本，所以钒的加入量一般不能超过0.80％，优选加入0.40％-0.80％钒。

本发明耐温冲针中加入了少量细化晶粒的稀土元素铼(Re)，还可固溶强化，提高耐温冲针的硬度、耐磨性、冲击韧性等综合性能，使耐温冲针能长期在恶劣的工况条件下使用。且铼的加入可大大降低杂质中硫、磷等杂质的含量，因为铼的化学性质活泼，可与硫元素化合，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，在管冲针中加入铼元素，可以产生铼效应，提高冲针的强度和韧性。

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％。

本发明耐温冲针中将硫、磷含量控制在0.025％以内用以降低耐温冲针的热脆性，提高耐温冲针的塑性、韧性、耐磨性，并大大减少耐温冲针的裂纹，避免沿晶界析出共晶磷化物。

尽管在现有技术中适量的硅可提高氧化层与基体的粘结性，提高耐温冲针的抗高温回火性能，但加入硅的同时势必会降低冲针的耐高温下和强度。同样，尽管加入镍有利于形成粘附性好的氧化层，提高耐温冲针的高温强度，但是会降低冲针的硬度、韧性及耐磨性。因此，虽然每种元素对顶头材料都有一定的贡献，但使用时最关键的是要通过合理配比及组合，本发明在不添加硅、镍的基础上，大大提高了铬含量，同时添加钒、铼，并合理配伍其他元素，使本发明的耐温冲针具有极高的强度、硬度、耐磨性，并有效地改善耐温冲针的韧性。

进一步地，所述耐温冲针的组成元素及质量百分比为：碳(C)：0.38％，铬(Cr)：13.50％，锰(Mn)：0.60％，钼(Mo)：0.40％，钒(V)：0.40％，铼(Re)：0.40％，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)：0.35％，铬(Cr)：14.00％，锰(Mn)：0.50％，钼(Mo)：0.50％，钒(V)：0.30％，铼(Re)：0.50％，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)：12.50％，锰(Mn)：0.80％，钼(Mo)：0.30％，钒(V)：0.50％，铼(Re)：0.30％，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：按上述耐温冲针的组成元素及质量百分比配制原料；

S2、锻造：将配制好的原料进行冶炼、浇注，加工成所需的形状；

S3、二次回火：将加工成型后的耐温冲针进行二次回火处理；

S4、热处理：将回火后的耐温冲针先在800℃-860℃进行热处理，然后在780℃-860℃下进行感应淬火，保温1-3小时后冷却至室温，最后在300℃-330℃下进行回火，即可得到最终产品耐温冲针。

在上述耐温冲针的制备方法中，作为优选，步骤S2中所述浇注的温度为1420℃-1480℃。

在上述耐温冲针的制备方法中，作为优选，步骤S3中所述二次回火处理为：第一次回火温度为350℃-500℃，保温1-3小时，冷却至60℃后于330℃-450℃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中将耐温冲针先在800℃-850℃下进行感应淬火，保温1-3小时后冷却至室温，然后在300℃-320℃下进行回火处理。淬火过程可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。

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，在不添加硅、镍的基础上，大大提高了铬含量，同时添加钒、铼，并合理配伍其他元素，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，并降低了生产成本，提高了生产效益。

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58-60HRC，其使用寿命大有提高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中，1、大圆锥部；2、连接部；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。

本发明耐温冲针包括圆柱部4、小圆锥部3、连接部2和大圆锥部1，所述圆柱部4和连接2部均呈圆柱状，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连接部的一端，连接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尖角。

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中所述耐温冲针的组成元素及质量百分比配制原料；

锻造：将配制好的原料进行冶炼、浇注，加工成所需的形状；其中，浇注温度为1450℃；

二次回火：将加工成型后的耐温冲针进行二次回火处理；二次回火处理为：第一次回火温度为400℃，保温2小时，冷却至60℃后于380℃下进行第二次回火处理；

热处理：将回火后的耐温冲针先在830℃进行热处理，然后在820℃下进行感应淬火，保温2小时后冷却至室温，最后在320℃下进行回火，即可得到最终产品耐温冲针。

实施例2

原料配制：按表1实施例2中所述耐温冲针的组成元素及质量百分比配制原料；

锻造：将配制好的原料进行冶炼、浇注，加工成所需的形状；其中，浇注温度为1430℃；

二次回火：将加工成型后的耐温冲针进行二次回火处理；二次回火处理为：第一次回火温度为350℃，保温3小时，冷却至60℃后于330℃下进行第二次回火处理；

热处理：将回火后的耐温冲针先在800℃进行热处理，然后在780℃下进行感应淬火，保温1小时后冷却至室温，最后在300℃下进行回火，即可得到最终产品耐温冲针。

实施例3

原料配制：按表1实施例3中所述耐温冲针的组成元素及质量百分比配制原料；

锻造：将配制好的原料进行冶炼、浇注，加工成所需的形状；其中，浇注温度为1480℃；

二次回火：将加工成型后的耐温冲针进行二次回火处理；二次回火处理为：第一次回火温度为500℃，保温1小时，冷却至60℃后于450℃下进行第二次回火处理；

热处理：将回火后的耐温冲针先在860℃进行热处理，然后在860℃下进行感应淬火，保温1小时后冷却至室温，最后在330℃下进行回火，即可得到最终产品耐温冲针。

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，在不添加硅、镍的基础上，大大提高了铬含量，同时添加钒、铼，并合理配伍其他元素，通过各元素之间产生的协同作用，并通过特定的制备方法，使本发明的耐温冲针具有较高的强度、硬度、耐高温性、耐磨性等综合性能，并降低了生产成本，提高了生产效益。

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)：0.35％-0.40％，铬(Cr)：12.50％-14.00％，锰(Mn)：0.50％-0.80％，钼(Mo)：0.30％-0.50％，钒(V)：0.30％-0.50％，铼(Re)：0.30％-0.50％，余量为铁(Fe)以及不可避免的杂质；所述的耐温冲针的制备方法包括以下步骤：

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)：0.38％，铬(Cr)：13.50％，锰(Mn)：0.60％，钼(Mo)：0.40％，钒(V)：0.40％，铼(Re)：0.40％，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)：0.35％，铬(Cr)：14.00％，锰(Mn)：0.50％，钼(Mo)：0.50％，钒(V)：0.30％，铼(Re)：0.50％，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)：12.50％，锰(Mn)：0.80％，钼(Mo)：0.30％，钒(V)：0.50％，铼(Re)：0.30％，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，耐温冲针的制备方法的步骤S2中所述浇注的温度为1420℃-1480℃。

7.根据权利要求1所述耐温冲针，其特征在于，耐温冲针的制备方法的步骤S3中所述二次回火处理为：第一次回火温度为350℃-500℃，保温1-3小时，冷却至60℃后于330℃-450℃下进行第二次回火处理。

8.根据权利要求1所述耐温冲针，其特征在于，耐温冲针的制备方法的步骤S4中将热处理后的耐温冲针先在800℃-850℃下进行感应淬火，保温1-3小时后冷却至室温，然后在300℃-320℃下进行回火处理。