CN104611645A - 一种耐高温合金模具钢 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高温合金模具钢，属于模具材料领域。包含C1.5％-1.8％；Si0.5％-6％；Mn0.2％-0.6％；Al0.6％-3.2％；Cr3％-6％；Mo0.5％-0.6％；S0.1％-0.2％；B0.01％-0.2％；Ni0.1％-0.2％，其余部分为Fe；所述的模具材料还包括0.01％-0.02％的磷P、0.005％的稀土元素。加入Cr可以使得合金钢在高温下具有抗氧化性能，且其热腐蚀性能大大提高。少量的稀土元素，对提高合金的抗氧化性能好，对疲劳裂纹的扩展，有所改善，具有很长的使用寿命和韧性。它可以实现针对耐高温的模具钢材料具有良好的强度和韧性，且耐热性好，成本低。

Description

一种耐高温合金模具钢

技术领域

本发明涉及模具材料领域，更具体地说，涉及一种耐高温合金模具钢。

背景技术

模具选材是整个模具制作过程中非常重要的一个环节模具选材需要满足三个原则，模具满足耐磨性、强韧性等工作需求，模具满足工艺要求，同时模具应满足经济适用性。坯料在模具型腔中塑性变性时，沿型腔表面既流动又滑动，使型腔表面与坯料间产生剧烈的摩擦，从而导致模具因磨损而失效。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。

硬度是影响耐磨性的主要因素。一般情况下，模具零件的硬度越高，磨损量越小，耐磨性也越好。另外，耐磨性还与材料中碳化物的种类、数量、形态、大小及分布有关。模具的工作条件大多十分恶劣，有些常承受较大的冲击负荷，从而导致脆性断裂。为防止模具零件在工作时突然脆断，模具要具有较高的强度和韧性。模具的韧性主要取决于材料的含碳量、晶粒度及组织状态。当模具的工作温度较高，会使硬度和强度下降，导致模具早期磨损或产生塑性变形而失效。因此，模具材料应具有较高的抗回火稳定性，以保证模具在工作温度下，具有较高的硬度和强度。模具的制造一般都要经过锻造、切削加工、热处理等几道工序。为保证模具的制造质量，降低生产成本，其材料应具有良好的可锻性、切削加工性、淬硬性、淬透性及可磨削性；还应具有小的氧化、脱碳敏感性和淬火变形开裂倾向。

现有的耐热模具大多采用钢制件，但对于导热要求高的模具，钢制模具和石墨模具比起来差距很大，而高性能的耐热钢成本高，且成型差，铸铁成型优异，导热性能好，但机械性能差，加工性能差，生产效率低加工困难，现有专利中有相关的发明针对高温耐热模具钢做出了改进。

中国专利申请，申请号201210408914.2，公开日2013年2月6日，公开了一种耐热耐磨的模具材料，组成比例为1.2-3.5%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心能接近于钢，其化学性能稳定不沾污铝液和耐磨性能好，材料中使用石墨是模具材料导热性能有辆，石墨细小及其末端圆钝能保证材料机械性能略微降低，材料所加入的适量合金元素，那么在制作模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的保护膜，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得模具具有优良的耐磨性能，材料中石墨是优良固体润滑剂从而能减少磨损，能减少铝极其合金的表面磨损。但其使用的石墨使得模具的硬度在一定程度上有所降低，在针对硬度制作要求高的模具时候达不到所需要求。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的现有模具钢的韧度、强度低和耐热性高等综合性能不能满足问题，本发明提供了一种耐高温合金模具钢，它可以实现针对耐高温的模具钢材料具有良好的强度和韧性，且耐热性好，成本低。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种耐高温合金模具钢，所述的质量比例如下，

C              1.5%-1.8%

Si              0.5%-6%

Mn             0.2%-0.6%

Al              0.6%-3.2%

Cr              3%-6%

Mo              0.5%-0.6%

S                0.1%-0.2%

B                0.01%-0.2%

Ni               0.1%-0.2%

其余为Fe。

更进一步的，根据上述所述的耐高温合金模具钢，其优选的质量比例如下：

C              1.6%

Si              3%

Mn             0.5%

Al              2%

Cr              3%

Mo             0.5%

S               0.15%

B               0.08%

Ni              0.1%

其余为Fe。

更进一步的，所述的耐高温合金模具钢还包括0.01%-0.02%的磷P。

更进一步的，所述的耐高温合金模具钢还包括0.005%的稀土元素。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）一定程度加入Cr可以使得合金钢在高温下具有抗氧化性能，且其热腐蚀性能大大提高，其与C结合可以形成硬质化合物，使得其具有良好的耐磨性和韧性；

（2）其中加入了Al和合金结合可以形成一定的保护膜防止在工作时被腐蚀，可以在采用上述的配比可以使得合金钢在高温下具有良好的硬度和耐腐蚀性；

（3）在材料中加入一定量的稀土，对提高合金的抗氧化性能好，对疲劳裂纹的扩展，有所改善，具有很长的使用寿命和韧性。

具体实施方式

下面结合具体的实施例，对本发明作详细描述。

实施例1

一种耐高温合金模具钢，其特征在于，所述的质量比例如下，

C              1.5%

Si              0.5%

Mn             0.2%

Al              0.6%

Cr              6%

Mo              0.6%

S                0.1%

B                0.01%

Ni               0.2%

Fe               90.29%。

采用一定量的C在钢坯行程中可以提高刚才的塑形和耐高温强度。

加入Si是为了保证其进行热处理时候的稳定性和钢坯的强度，保证其有很好的高温强度和高温硬度，在热处理时候稳定性好。

采用了Mo提高钢在高温下的热强度。可以防止钢材过热造成的不稳定性。

加入Cr可以使得合金钢在高温下具有抗氧化性能，且其热腐蚀性能大大提高，其与C结合可以形成硬质化合物，使得其具有良好的耐磨性和韧性。

采用一定量的B可以使得合金钢内部延展性好，其提高了合金的高温耐久性能。

其中加入了Al和合金结合可以形成一定的保护膜防止在工作时被腐蚀，可以在采用上述的配比可以使得合金钢在高温下具有良好的硬度和耐腐蚀性。本发明使用了一定的B、Al、Mo、Cr材料使得合金钢材具有很好的耐高温特性，且在有高温特性下具有良好的硬度和可加工性，成本低，客推广性强，是良好的锻造高温模具的理想材料。

一种耐高温合金模具钢的制备方法，其步骤如下：

（A）称取C1.5%；Si 0.5%%；Mn0.2%；Al0.6%；Cr6%；Mo0.6%；S0.1%；B0.01%；Ni 0.2%，Fe 90.29%；

（B）将上述各种原料进行熔炼，熔炼后热轧成胚料；

（C）将上一步骤获得的胚料进行固溶处理：将胚料加热至1000-1100℃进行保温3-6小时，采用油冷冷却至室温，油冷为分级保温，油冷保温温度为250-300℃；加热过程中，设置880℃保温台阶，保温0.5小时；

（D）对上述钢坯进行淬火处理；

（E）回火，将上一步骤获得胚料加热至700-710℃，保温10小时，采用空冷进行降至室温。

实施例2

一种耐高温合金模具钢，其特征在于，所述的质量比例如下，

C              1.8%

Si              6%

Mn             0.6%

Al              3.2%

Cr              3%

Mo              0.5%

S                0.2%

B                0.2%

Ni               0.1%

P                0.01%

稀土             0.005%

Fe               84.385%。

加入P使得合金钢的抗疲劳度和机械性能好。

还有少量的稀土元素，在材料中加入一定量的稀土，对提高合金的抗氧化性能好，对疲劳裂纹的扩展，有所改善，具有很长的使用寿命和韧性。

一种耐高温合金模具钢的制备方法，其步骤如下：

（A）称取C1.8%；Si6%；Mn0.6%；Al3.2%；Cr3%；Mo0.5%；S0.2%；B0.2%；Ni 0.1%；P0.01%；稀土0.005%；Fe 83.385%；

（B）将上述各种原料进行熔炼，熔炼后热轧成胚料；

（C）将上一步骤获得的胚料进行固溶处理：将胚料加热至1000-1100℃进行保温3-6小时，采用空冷冷却至室温；加热过程中，设置880℃保温台阶，保温1小；

（D）对上述钢坯进行淬火处理；

（E）回火，将上一步骤获得胚料加热至700-710℃，保温10小时，采用空冷进行降至室温。

（F）二次回火，第二次回火温度为680-690℃，回火时间为10小时。

二次回火，使得合金钢具有更好的内部韧性，塑性更好。

实施例3

一种耐高温合金模具钢，其特征在于，所述的质量比例如下，

C              1.6%

Si              4%

Mn             0.3%

Al              1.5%

Cr              5%

Mo              0.5%

S                0.2%

B                0.1%

Ni               0.1%

P                0.02%

稀土             0.005%

Fe               86.675%。

一种耐高温合金模具钢的制备方法，其步骤如下：

（A）称取C1.6%；Si4%；Mn0.3%；Al1.5%；Cr5%；Mo0.5%；S0.2%；B0.1%；Ni 0.1%；P0.02%；稀土0.005%；Fe 86.675%；

（B）将上述各种原料进行熔炼，熔炼后热轧成胚料；

（C）将上一步骤获得的胚料进行固溶处理：将胚料加热至1000-1100℃进行保温3-6小时，采用油冷冷却至室温，油冷为分级保温，油冷保温温度为250-300℃；加热过程中，设置880℃保温台阶，保温1小时。

（D）对上述钢坯进行淬火处理；

（E）回火，将上一步骤获得胚料加热至700-710℃，保温10小时，采用空冷进行降至室温。

（F）二次回火，第二次回火温度为680-690℃，回火时间为10小时。

实施例4

一种耐高温合金模具钢，其质量比例如下：

C              1.6%

Si              3%

Mn             0.5%

Al              2%

Cr              3%

Mo             0.5%

S               0.15%

B               0.08%

Ni              0.1%

Fe              89.07%

一种耐高温合金模具钢的制备方法，其步骤如下：

（A）称取C1.6%；Si3%；Mn0.5%；Al2%；Cr3%；Mo0.5%；S0.15%；B0.08%；Ni 0.1%； Fe 89.07%；

（B）将上述各种原料进行熔炼，熔炼后热轧成胚料；

（C）将上一步骤获得的胚料进行固溶处理：将胚料加热至1000-1100℃进行保温3-6小时，采用油冷冷却至室温，油冷为分级保温，油冷保温温度为250-300℃；加热过程中，设置880℃保温台阶，保温1小时；

（D）对上述钢坯进行淬火处理；

（E）回火，将上一步骤获得胚料加热至700-710℃，保温10小时，采用空冷进行降至室温。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。

Claims (3)

1.一种耐高温合金模具钢，其特征在于，所述的质量比例如下，

C              1.5%-1.8%

Si              0.5%-6%

Mn             0.2%-0.6%

Al              0.6%-3.2%

Cr              3%-6%

Mo              0.5%-0.6%

S                0.1%-0.2%

B                0.01%-0.2%

Ni               0.1%-0.2%

其余为Fe。

2.根据权利要求2所述的耐高温合金模具钢，其优选的质量比例如下：

C              1.6%

Si              3%

Mn             0.5%

Al              2%

Cr              3%

Mo             0.5%

S               0.15%

B               0.08%

Ni              0.1%

其余为Fe。

3.根据权利要求1所述的耐高温合金模具钢，其特征在于：所述的模具材料还包括0.01%-0.02%的磷P。