CN105002433B - 一种防气蚀时效硬化高光塑料模具钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防气蚀时效硬化高光塑料模具钢，其化学成分质量百分比含量为：C≤0.15%，Si:0.70～1.30%，Mn:0.40～1.00%，Ni：2.00～4.00%，Cr：3.00～5.00%，Mo≤1.0%，Cu≤1.00%，Al≤1.50%，P≤0.010%，S≤0.005%，余量为Fe及其它不可避免的杂质。显微组织为均匀的低碳板条马氏体。本发明还涉及其制造方法为电炉冶炼+真空精炼+电渣重熔，冶炼出成分均匀的电渣锭，并对电渣锭进行去应力退火；然后锻造成型，并进行锻后高温正火+扩氢退火；最后采用固溶+时效处理，生产出高耐气腐蚀、高韧性、高硬度（41～45HRC）、高抛光性的塑料模具钢。

Description

一种防气蚀时效硬化高光塑料模具钢及其制备方法

技术领域

本发明属于合金钢制造工艺技术领域，涉及一种防气蚀时效硬化高光塑料模具钢及其制备方法。

背景技术

塑料模具是塑料成型加工工业的重要装备，应用广泛，需求量大，且品种规格多，在模具钢中占较大比例。塑料模具钢一般要求具有一定的强度、硬度、耐磨性和耐蚀性，同时也要求具有良好的切削加工性能、抛光性能、蚀刻加工性能等。针对以上性能，已形成专用塑料模具钢系列：预硬型塑料模具钢、耐蚀型塑料模具钢、时效硬化型塑料模具钢等。随着塑料工业的迅猛发展，对模具用钢的质量要求日益提高，要求所使用的模具钢具有更好的切削、抛光、蚀刻加工性能。10Ni3MnCuAl系Ni-Al-Cu时效硬化钢，是高性能、高精度高级镜面塑料模具钢，因其放电加工表面细致、美观，镜面研磨性极其良好，通过时效处理，硬度可达40HRC，截面硬度均匀，焊接性良好。广泛用于汽车、家用电器和电脑等塑料制品模具。但是该类钢的缺点是耐气蚀性差和韧性低，在使用过程是会出现散热孔生锈和模具表面烧毛的问题，显微组织为贝氏体+低碳板条马氏体混合组织，均匀性差，同时硬度无法进一步提高满足更高硬度要求的模具。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的塑料模具耐气蚀性差和韧性低等缺点提供一种防气蚀、高韧性、高硬度、高抛光的防气蚀时效硬化高光塑料模具钢及其制备方法。

本发明的技术方案是这样实现的：一种防气蚀时效硬化高光塑料模具钢，该模具钢的化学成分质量百分为：C≤0.15%，Si:0.70～1.30%，Mn:0.40～1.00%，Ni：2.00～4.00%，Cr：3.00～5.00%，Mo≤1.00%，Cu≤1.00%，Al≤1.50%，P≤0.010%，S≤0.005%，余量为Fe及其它不可避免的杂质，以上原材料的显微组织为均匀的低碳板条马氏体。

一种防气蚀时效硬化高光塑料模具钢的制备方法，该方法具有以下步骤：

步骤01：冶炼：采用电炉冶炼、真空精炼、电渣重熔方式进行熔炼，电渣锭出模后入350～400℃燃气退火炉进行待料，以≤80℃/h升温至800±20℃进行均温和保温，然后以≤50℃/h炉冷至500℃，再以≤30℃/h炉冷至300±50℃保温，最后封炉冷至≤80℃出炉堆冷至室温；

步骤02：锻造：冷锭入加热炉在1200～1250℃保温后进行锻造，镦粗比不小于2.0，锻造比不小于5.0，终锻温度不小于900℃；

步骤03：锻后热处理：锻后风冷至550～600℃保温待料，全功率升温至950～1000℃进行均温和保温，空冷至300～350℃保温，再以≤80℃/h升温至650±20℃进行扩氢去应力退火，最后以≤50℃/h炉冷至400℃出炉空冷；

步骤04：固溶+时效处理：固溶在900～960℃进行均温和保温，出炉油冷或雾冷至80～150℃；及时入回火炉在250±50℃保温5h，然后以≤80℃/h升温至500～550℃进行均温和保温时效处理，最后出炉空冷。

本发明的技术方案产生的积极效果如下：本发明通过在10Ni3MnCuAl基础上，添加3.00～5.00%Cr提高材料的耐气蚀能力，若Cr含量小于3.00%，则耐气蚀能力差，Cr含量高于5.00%，容易形成Cr的碳化物，影响材料的抛光性能，同时Cr的加入抑制奥氏体向珠光体和贝氏体转变，易于获得低碳板条状马氏体，提高组织均匀性；提高Mo含量至1.00%，代替部分Mn（Mn含量降低至0.40～1.00%，Mn与S结合，生成MnS，避免FeS出现恶化钢材性能，同时Mn含量偏高，容易导致晶粒粗大）提高材料的塑韧性，并弥补Mn含量降低淬透性变差的影响；提高Si含量至0.70～1.30%达到提高材料硬度的目的，若Si含量过高，降低材料的焊接和加工性能。通过上述成分调整，在保持10Ni3MnCuAl固有性能的基础上，提高材料耐气蚀能力和塑韧性，高抛光性，并通过固溶时效处理获得更高的硬度（41～45HRC）。

在制备方法中，采用电炉冶炼、真空精炼、电渣重熔方式进行熔炼，确保材料纯净、组织均匀，满足高抛光要求；电渣锭出模后在350～400℃燃气退火炉进行保温待料，以≤80℃/h升温至800±20℃均、保温，然后以≤50℃/h炉冷至500℃，再以≤30℃/h炉冷至300±50℃保温，最后封炉冷至≤80℃出炉堆冷至室温，电渣锭通过高温消除材料热加工应力，并在低温段保温缓冷，确保组织充分转变为马氏体并及时进行去应力回火，避免低温段冷速过快、组织应力过大导致电渣锭开裂；冷锭入加热炉在1200～1250℃保温后进行锻造，镦粗比不小于2.0，锻造比不小于5.0，终锻温度不小于900℃。由于合金元素含量较高，通过高温保温减少合金元素偏析，反复镦拔确保材料材料变形均匀，提高整体性能；固溶在900～960℃均、保温，出炉油冷或雾冷至80～150℃；及时入回火炉在250±50℃保温5h，然后以≤80℃/h升温至500～550℃均、保温时效处理，最后出炉空冷，获得组织均匀的低碳板条马氏体。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步阐述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此。

实施例一

一种防气蚀时效硬化高光塑料模具钢，化学成分质量百分比为：C：0.10%，Si:0.80%，Mn:0.60%，Ni：3.00%，Cr：3.90%，Mo：0.90%，Cu：0.45%，Al：0.85%，P：0.008%，S：0.003%，余量为Fe及其它不可避免的杂质。

按照上述化学成分配比，该防气蚀时效硬化高光塑料模具钢的制备方法如下：采用电炉冶炼、真空精炼、电渣重熔方式进行熔炼5吨电渣锭，电渣锭出模后入350℃燃气退火炉进行保温待料，以≤80℃/h升温至800±10℃均、保温，然后以≤50℃/h炉冷至500℃，再以≤30℃/h炉冷至300℃保温，最后封炉冷至60℃出炉堆冷至室温；冷锭入加热炉在1230±10℃保温后进行锻造，镦粗比2.13，锻造比8.80，终锻温度900℃，锻坯规格为两件110×850（厚×宽）模块坯；锻后风冷至570℃保温待料，全功率升温至980℃均、保温，空冷至300℃保温，再以≤80℃/h升温至650±20℃进行扩氢去应力退火，最后以≤50℃/h炉冷至400℃出炉空冷；固溶在900℃均、保温，出炉油冷至80℃；及时入回火炉在250℃保温5h，然后以≤80℃/h升温至550℃均、保温时效处理，最后出炉空冷。

检测截面硬度43～45HRC，在横截面心部制取7×10无缺口冲击试样按照GB/T229-2007测得AK＞300J，同样规格NAK80心部制取7×10无缺口冲击试样按照GB/T229-2007测得AK为186J。本发明显微组织为低碳板条马氏体。经用户加工为液晶电视外框模，抛光性能优异，使用中耐气蚀能力非常好。

实施例二

一种防气蚀时效硬化高光塑料模具钢，化学成分质量百分比为：C：0.12%，Si:0.85%，Mn:0.55%，Ni：3.10%，Cr：4.00%，Mo：1.00%，Cu：0.50%，Al：0.90%，P：0.007%，S：0.002%，余量为Fe及其他不可避免的杂质。

按照上述化学成分配比，该防气蚀时效硬化高光塑料模具钢的制备方法如下：采用电炉冶炼、真空精炼、电渣重熔方式进行熔炼7吨电渣锭，电渣锭出模后入370℃燃气退火炉进行保温待料，以≤80℃/h升温至800±10℃均、保温，然后以≤50℃/h炉冷至500℃，再以≤30℃/h炉冷至300℃保温，最后封炉冷至80℃出炉堆冷至室温；冷锭入加热炉在1230±10℃保温后进行锻造，镦粗比2.14，锻造比7.8，终锻温度910℃，锻坯规格为两件155×850（厚×块）模块坯；锻后风冷至550℃保温待料，全功率升温至950℃均、保温，空冷至300℃保温，再以≤80℃/h升温至650±20℃进行扩氢去应力退火，最后以≤50℃/h炉冷至400℃出炉空冷；固溶在910℃均、保温，出炉雾冷至100℃；及时入回火炉在250℃保温5h，然后以≤80℃/h升温至540℃均、保温时效处理，最后出炉空冷。

检测截面硬度42～44HRC，在横截面心部制取7×10无缺口冲击试样按照GB/T229-2007测得AK＞300J，同样规格NAK80心部制取7×10无缺口冲击试样按照GB/T229-2007测得AK为170J，本发明显微组织为低碳板条马氏体。经用户加工为ABS合成树脂成型模具，抛光性能优异，使用中能有效抵御生产过程中产生的高温活性气体腐蚀。

实施例三

一种防气蚀时效硬化高光塑料模具钢，化学成分质量百分比为：C：0.14%，Si:1.00%，Mn:0.66%，Ni：3.15%，Cr：4.50%，Mo：0.95%，Cu：0.50%，Al：0.95%，P：0.006%，S：0.002%，余量为Fe及其它不可避免的杂质。

按照上述化学成分配比，该防气蚀时效硬化高光塑料模具钢的制备方法如下：采用电炉冶炼、真空精炼、电渣重熔方式进行熔炼9.3吨电渣锭，电渣锭出模后入380℃燃气退火炉进行保温待料，以≤80℃/h升温至800±10℃均、保温，然后以≤50℃/h炉冷至500℃，再以≤30℃/h炉冷至300℃保温，最后封炉冷至80℃出炉堆冷至室温；冷锭入加热炉在1240±10℃保温后进行锻造，镦粗比2.24，锻造比6.2，终锻温度915℃，锻坯规格为285×1210（厚×块）模块坯；锻后风冷至590℃保温待料，全功率升温至1000℃均、保温，空冷至300℃保温，再以≤80℃/h升温至650±20℃进行扩氢去应力退火，最后以≤50℃/h炉冷至400℃出炉空冷；固溶在920℃均、保温，出炉油冷至90℃；及时入回火炉在250℃保温5h，然后以≤80℃/h升温至540℃均、保温时效处理，最后出炉空冷。

检测截面硬度42～44HRC，在横截面心部制取7×10无缺口冲击试样按照GB/T229-2007测得AK＞300J，同样规格NAK80心部制取7×10无缺口冲击试样按照GB/T229-2007测得AK为163J，本发明显微组织为低碳板条马氏体。经用户加工为蚀纹咬花模具，抛光性能优异，使用中耐气蚀能力较好。

Claims (1)

1.一种防气蚀时效硬化高光塑料模具钢的制备方法，该模具钢的化学成分质量百分为：C≤0.15%，Si:0.70～1.30%，Mn:0.40～1.00%，Ni：2.00～4.00%，Cr：3.00～5.00%，Mo≤1.00%，Cu≤1.00%，Al≤1.50%，P≤0.010%，S≤0.005%，余量为Fe及其它不可避免的杂质，以上原材料的显微组织为均匀的低碳板条马氏体；其特征在于：该方法具有以下步骤：

步骤01：冶炼：采用电炉冶炼、真空精炼、电渣重熔方式进行熔炼，电渣锭出模后入350～400℃燃气退火炉进行待料，以≤80℃/h升温至800±20℃进行均温和保温，然后以≤50℃/h炉冷至500℃，再以≤30℃/h炉冷至300±50℃保温，最后封炉冷至≤80℃出炉堆冷至室温；

步骤02：锻造：冷锭入加热炉在1200～1250℃保温后进行锻造，镦粗比不小于2.0，锻造比不小于5.0，终锻温度不小于900℃；

步骤03：锻后热处理：锻后风冷至550～600℃保温待料，全功率升温至950～1000℃进行均温和保温，空冷至300～350℃保温，再以≤80℃/h升温至650±20℃进行扩氢去应力退火，最后以≤50℃/h炉冷至400℃出炉空冷；

步骤04：固溶+时效处理：固溶在900～960℃进行均温和保温，出炉油冷或雾冷至80～150℃；及时入回火炉在250±50℃保温5h，然后以≤80℃/h升温至500～550℃进行均温和保温时效处理，最后出炉空冷。