CN104372236B - 一种铁基模具材料及模具制备方法 - Google Patents

一种铁基模具材料及模具制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铁基模具材料，其化学成分重量百分比为：C？3.4-3.6％，Si？1.9-2.1％，Mn？0.3-0.5％，Cr？0.5-0.8％，Ti？0.1-0.2％，Te？0.05-0.1％，Mg？0.03-0.05％，Re？0.01-0.03％，P≤0.05％，S≤0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。本发明的模具材料抗拉强度(Rm):≥600mpa，延伸率(δ)：≥1％，硬度：190-240HB，淬火硬度：52-57HR；而且生产成本低于目前使用添加Ni-Mo-Cu的铸铁材料成本；具有良好的切削性能，可以使模具加工效率提高20％；还具有良好的耐磨性，制备的模具寿命可以提高10％。

Description

一种铁基模具材料及模具制备方法
技术领域
本发明涉及铸造领域，特别涉及一种汽车冲压模具材料及模具制备方法。
背景技术
汽车部件中侧围、顶盖、发动机盖板、后背箱盖板、翼子板、门板类通过冲压模具冲压成型，采用的冲压工艺中需要很大的压力作用使钢板(或铝板)成型。这就需要冲压模具具有很高的强度、硬度及韧性，特别是冲压模具中的拉延序模具，要求一次成型并且尺寸精度及耐磨性要求非常高，要求材料的抗拉强度(Rm):≥580mpa，延伸率(δ)：≥1％，硬度：190-240HB，淬火硬度：≥50HR，传统的拉延序模具材料使用的添加Ni-Mo-Cu的铸铁材料，在合金中，镍板、钼铁及铜板价格均在10万元/吨以上，生产成本非常高，且此类合金的加入影响材料的铸造性能，铸件的缩松缩孔倾向加大，铸造风险系数变大。
发明内容
本发明提供一种铁基模具材料，目的是在确保拉延序模具所要求的性能的同时，大幅度降低铸造生产的原材料成本，并减小铸件的缩松缩孔倾向，降低铸造风险系数。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种铁基模具材料，其化学成分重量百分比为：C3.4-3.6％，Si1.9-2.1％，Mn0.3-0.5％，Cr0.5-0.8％，Ti0.1-0.2％，Te0.05-0.1％，Mg0.03-0.05％，Re0.01-0.03％，P≤0.05％，S≤0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
下面具体说明本发明技术方案的内容：
C元素重量百分比为3.4-3.6％，促进石墨化，减少白口倾向，消除渗碳体，提高镁吸收率，有利于石墨化、细化和圆整；
Si元素重量百分比为1.9-2.1％，促进石墨化和渗碳体分解，提高动载性能，提高延伸率，改善缩松和流动性；
Mn元素重量百分比为0.3-0.5％,稳定和细化珠光体，提高强度和硬度，提高淬透性，稳定奥氏体，提高耐磨性；
Cr元素重量百分比为0.5-0.8％，强烈促进珠光体的形成，有利于提高淬火硬度；
Ti元素重量百分比为0.1-0.2％，强烈提高组织耐磨性，提高模具使用寿命；
Te元素重量百分比为0.05-0.1％，强烈促进珠光体形成，稳定和细化组织，保证淬火硬度；
Re元素重量百分比为0.01-0.03％，具有微弱的球化作用，主要是为了净化铁液，为形成球状石墨创造有利的冶金条件；
P元素重量百分比≤0.05％，降低材料的低温韧性，易出现冷裂，增加铸件缩孔、缩松倾向；
S元素重量百分比≤0.02％，消耗球化剂，不利于球状石墨的形成，阻碍石墨化，增大白口倾向，降低铁液流动性，易出现夹渣、皮下气孔等铸造缺陷；
C、Si为促进石墨化元素，含量太高会降低铸件强度，太低易出现缩孔缩松、流动性差等缺陷，根据铁碳相图规律，选择该成分，有最好的铸造性能；Cr、Ti、Te等合金元素，主要是为了提高强度和淬透性，经过多次调试，上述三种合金在以上成分范围内时，即可达到所需材料性能；P、S为原材料本身所含微量元素，不利于铸造性能的提升，在该含量标准以下，对材料性能影响较小。
为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了一种采用上述铁基模具材料制备拉延序模具的方法，其包括步骤：
(1)炉料添加：用汽车冲压废钢边角料，打包成400mmX400mmX400mm规格的压块，通过自动加配料系统，增碳剂分层添加，再将金属炉料添加到中频感应电炉内；
(2)加热熔化：加料初期用小功率预热，预热15分钟后，满负荷开始加热使炉料快速融化；
(3)合金的添加：根据合金熔点的不同，先将高熔点的铬铁、钛铁等加入，后期加入锰铁；
(4)温度检测：铁液熔化完毕，温度在1400℃-1430℃时，检测化学成分，成分合格后再升温至1500℃出炉；
(5)光谱成分检验：用取样勺，取铁100g，倒入预制钢模，快速冷却后，形成白口组织，白口组织由砂轮机打磨、抛光机抛光后，用光谱激发检测成分；
(6)出铁液：铁液成分和温度检测合格后，开启电炉倾倒按钮，将铁液从电路内倒入铁水包；
(7)球化处理：铁水包内按“三明治”加入有球化剂，铁液直接冲入铁水包后在铁水包内球化反应；
(8)扒渣：通过扒渣工具，通过两次在铁液表面撒除渣剂，两次扒渣，将铁液表面浮渣扒除干净；
(9)浇注：铁液温度和成分检测合格后，调到浇注的砂箱，调整好高度后按规定速度浇注，成型模具。
与现有技术相比，本发明获得了以下有益效果：本发明模具材料抗拉强度(Rm):≥600mpa，延伸率(δ)：≥1％，硬度：190-240HB，淬火硬度：52-57HR；而且生产成本低于目前使用添加Ni-Mo-Cu的铸铁材料成本；具有良好的切削性能，可以使模具加工效率提高20％；还具有良好的耐磨性，制备的模具寿命可以提高10％。
附图说明
本说明书包括以下附图，所示内容分别是：
图1是实施例1的铁基模具材料金相组织；
图2是实施例2的铁基模具材料金相组织；
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
本发明一种铁基模具材料，其化学成分重量百分比为：C3.4-3.6％，Si1.9-2.1％，Mn0.3-0.5％，Cr0.5-0.8％，Ti0.1-0.2％，Te0.05-0.1％，Mg0.03-0.05％，Re0.01-0.03％，P≤0.05％，S≤0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
实施例一
一种铁基模具材料，其化学成分重量百分比为：C3.43％，Si1.95％，Mn0.4％，Cr0.78％，Ti0.19％，Te0.08％，Mg0.045％，Re0.013％，P0.03％，S0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
采用实施例一铁基模具材料制备拉延序模具的方法，其包括步骤：
(1)炉料添加：用汽车冲压废钢边角料，打包成400mmX400mmX400mm规格的压块，通过自动加配料系统，增碳剂分层添加，再将金属炉料添加到中频感应电炉内；
(2)加热熔化：加料初期用小功率预热，预热15分钟后，满负荷开始加热使炉料快速融化；
(3)合金的添加：根据合金熔点的不同，先将高熔点的铬铁、钛铁等加入，后期加入锰铁；
(4)温度检测：铁液熔化完毕，温度在1400℃-1430℃时，检测化学成分，成分合格后再升温至1500℃出炉；
(5)光谱成分检验：用取样勺，取铁100g，倒入预制钢模，快速冷却后，形成白口组织，白口组织由砂轮机打磨、抛光机抛光后，用光谱激发检测铁液的化学成分是否都包含上述实施例的所有元素；
(6)出铁液：铁液成分和温度检测合格后，开启电炉倾倒按钮，将铁液从电路内倒入铁水包；
(7)球化处理：铁水包内按“三明治”加入有球化剂，铁液直接冲入铁水包后在铁水包内球化反应；
(8)扒渣：通过扒渣工具，通过两次在铁液表面撒除渣剂，两次扒渣，将铁液表面浮渣扒除干净；
(9)浇注：铁液温度和成分检测合格后，调到浇注的砂箱，调整好高度后按规定速度浇注，成型模具。
实施例二
一种铁基模具材料，其化学成分重量百分比为：C3.45％，Si2.01％，Mn0.38％，Cr0.73％，Ti0.18％，Te0.07％，Mg0.042％，Re0.021％，P0.04％，S0.013％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
采用实施例一铁基模具材料制备拉延序模具的方法，其包括步骤：
(1)炉料添加：用汽车冲压废钢边角料，打包成400mmX400mmX400mm规格的压块，通过自动加配料系统，增碳剂分层添加，再将金属炉料添加到中频感应电炉内；
(2)加热熔化：加料初期用小功率预热，预热15分钟后，满负荷开始加热使炉料快速融化；
(3)合金的添加：根据合金熔点的不同，先将高熔点的铬铁、钛铁等加入，后期加入锰铁；
(4)温度检测：铁液熔化完毕，温度在1400℃-1430℃时，检测化学成分，成分合格后再升温至1500℃出炉；
(5)光谱成分检验：用取样勺，取铁100g，倒入预制钢模，快速冷却后，形成白口组织，白口组织由砂轮机打磨、抛光机抛光后，用光谱激发检测铁液的化学成分是否都包含上述实施例的所有元素；
(6)出铁液：铁液成分和温度检测合格后，开启电炉倾倒按钮，将铁液从电路内倒入铁水包；
(7)球化处理：铁水包内按“三明治”加入有球化剂，铁液直接冲入铁水包后在铁水包内球化反应；
(8)扒渣：通过扒渣工具，通过两次在铁液表面撒除渣剂，两次扒渣，将铁液表面浮渣扒除干净；
(9)浇注：铁液温度和成分检测合格后，调到浇注的砂箱，调整好高度后按规定速度浇注，成型模具。
下表是上述两个实施例的铁基模具材料机械性能。
表1实施例1-2铁基模具材料机械性能

Claims (4)

1.一种铁基模具材料，其特征在于，其化学成分重量百分比为：C3.4-3.6％，Si1.9-2.1％，Mn0.3-0.5％，Cr0.5-0.8％，Ti0.1-0.2％，Te0.05-0.1％，Mg0.03-0.05％，Re0.01-0.03％，P≤0.05％，S≤0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的铁基模具材料，其特征在于，其化学成分重量百分比为：C3.43％，Si1.95％，Mn0.4％，Cr0.78％，Ti0.19％，Te0.08％，Mg0.045％，Re0.013％，P0.03％，S0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求1所述的铁基模具材料，其特征在于，其化学成分重量百分比为：C3.45％，Si2.01％，Mn0.38％，Cr0.73％，Ti0.18％，Te0.07％，Mg0.042％，Re0.021％，P0.04％，S0.013％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
4.一种采用权利要求1至3任一所述的铁基模具材料制备模具的方法，其特征在于，包括步骤：
(1)炉料添加：将汽车冲压废钢边角料和将金属炉料添加到中频感应电炉内；
(2)加热熔化：先预热15分钟，然后满负荷加热使炉料快速融化；
(3)合金的添加：根据合金熔点的不同，先将高熔点的铬铁、钛铁加入，然后加入锰铁；
(4)温度检测：铁液熔化完毕，温度在1400℃-1430℃时，检测化学成分，成分合格后再升温至1500℃出炉；
(5)光谱成分检验：用取样勺取铁液倒入预制钢模，冷却后形成白口组织，将白口组织通过砂轮机打磨、抛光机抛光后，用光谱激发检测成分；
(6)出铁液：将电炉内铁液倒入铁水包；
(7)球化处理：铁水包内加入有球化剂，铁液冲入铁水包后在铁水包内发生球化反应；
(8)扒渣：在铁液表面撒除渣剂，使用扒渣工具将铁液表面浮渣扒除干净；
(9)浇注：向砂箱内浇注铁液，成型模具。
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