CN105349907A - 一种高硬度均质预硬型塑料模具钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高硬度均质预硬型塑料模具钢，该模具钢在传统预硬型塑料模具钢的元素配比上加大了Mn、Si、Ni、W等元素的配比，同时控制其他合金元素的用量，在保证传统塑料模具钢力学性能及加工性能的基础上进一步提高了合金钢的硬度和导热、抗蠕变等性能，可以满足多种类型的塑料模具浇注用，而加入的稀土氧化物包覆纳米碳化钨复合变质剂进一步细化了模具钢的组织结构，降低杂质的不良影响，增强增韧效果显著，与金属液的浸润性更佳，变质效果均匀稳定；该模具钢制备方法简单高效，制造周期短，极具生产应用价值。

Description

一种高硬度均质预硬型塑料模具钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及塑料模具钢产品技术领域，尤其涉及一种高硬度均质预硬型塑料模具钢及其制备方法。
背景技术
随着汽车、拖拉机、电机、无线电、家用电器和国防工业的迅速发展，冷冲压、挤压、模锻和压铸等无切削加工工艺被广泛应用，对模具的需要量越来越大，对制造模具的钢材品种、钢材的冶金生产及钢材的热处理质量等也提出了越来越高的要求。
目前模具钢的种类主要有冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢等等，其中塑料模具钢所占的比例最大，模具钢的使用性能直接关系到加工出来的塑料产品的质量，由于塑料产品的特性，对塑料模具钢在抗腐蚀性、尺寸稳定性、表面耐磨性、抛光性等方面均有较高的要求，现有的塑料模具钢主要存在硬度低、耐磨性差、使用寿命低、表面缺陷多等等寇待解决的问题。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种高硬度均质预硬型塑料模具钢及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高硬度均质预硬型塑料模具钢，该模具钢中各组分的重量百分数为：C:0.4-0.5％、Mn:2.0-2.5％、Si:0.8-1.2％、Mo:0.1-0.2％、Al:0.02-0.03％、N：0.006-0.01％、Ni:2.0-3.0％、Cu:0.35-0.45％、Pb:0.02-0.03％、W:0.4-0.5％、Nb:0.01％-0.02％、S≤0.03％、P≤0.03％、复合变质剂：0.01-0.02％，其余为Fe及不可避免的杂质。
所述的一种高硬度均质预硬型塑料模具钢，所述的复合变质剂由以下重量份的原料制成：纳米稀土氧化物2-3、纳米碳化钨8-10、无水乙醇适量、PEG-4000.1-0.2；其制备方法为：先将PEG-400溶解于无水乙醇中，随后投入纳米稀土氧化物，超声搅拌处理40-50min，待其完全分散后加入纳米碳化钨，继续超声搅拌混合1-2h，搅拌结束后在300-400℃烘箱中进行干燥处理，完全干燥后粉体充分研磨分散，得稀土氧化物包覆纳米碳化钨的复合变质剂。
所述的一种高硬度均质预硬型塑料模具钢的制备方法，所述的制备方法为：
(1)将除复合变质剂外的各原料按照元素配比投入熔炼炉中，完全熔化后所得钢水经精炼和真空脱气处理后浇注成钢锭，且在浇注过程中随流加入复合变质剂；
(2)将所得的钢锭在加热炉中以100-120℃/h的升温速率加热至1280-1320℃，保温3-4h后对钢锭进行锻造，开锻温度为1250-1300℃，停锻温度为950-980℃，所得模块出炉后自然冷却备用；
(3)将步骤(2)所得模块放入回火炉中，以60-80℃/h的速率加热至600-650℃，保温4-5h后出炉，经自然冷却至室温即得。
本发明的优点是：本发明在传统预硬型塑料模具钢的元素配比上加大了Mn、Si、Ni、W等元素的配比，同时控制其他合金元素的用量，在保证传统塑料模具钢力学性能及加工性能的基础上进一步提高了合金钢的硬度和导热、抗蠕变等性能，可以满足多种类型的塑料模具浇注用，而加入的稀土氧化物包覆纳米碳化钨复合变质剂进一步细化了模具钢的组织结构，降低杂质的不良影响，增强增韧效果显著，与金属液的浸润性更佳，变质效果均匀稳定；该模具钢制备方法简单高效，制造周期短，极具生产应用价值。
具体实施方式
该实施例模具钢中各组分的重量百分数为：C:0.4％、Mn:2.0％、Si:0.8％、Mo:0.1％、Al:0.02％、N：0.006％、Ni:2.0％、Cu:0.35％、Pb:0.02％、W:0.4％、Nb:0.01％％、S≤0.03％、P≤0.03％、复合变质剂：0.01％，其余为Fe及不可避免的杂质。
其中复合变质剂由以下重量份的原料制成：纳米稀土氧化物2、纳米碳化钨8、无水乙醇适量、PEG-4000.1；其制备方法为：先将PEG-400溶解于无水乙醇中，随后投入纳米稀土氧化物，超声搅拌处理40min，待其完全分散后加入纳米碳化钨，继续超声搅拌混合1h，搅拌结束后在350℃烘箱中进行干燥处理，完全干燥后粉体充分研磨分散，得稀土氧化物包覆纳米碳化钨的复合变质剂。
该实施例模具钢的制备方法为：
(1)将除复合变质剂外的各原料按照元素配比投入熔炼炉中，完全熔化后所得钢水经精炼和真空脱气处理后浇注成钢锭，且在浇注过程中随流加入复合变质剂；
(2)将所得的钢锭在加热炉中以100℃/h的升温速率加热至1280℃，保温3h后对钢锭进行锻造，开锻温度为1250℃，停锻温度为950℃，所得模块出炉后自然冷却备用；
(3)将步骤(2)所得模块放入回火炉中，以60℃/h的速率加热至600℃，保温4h后出炉，经自然冷却至室温即得。
本实施例制备得到的塑料模具钢的力学性能检测结果如下：
检测项目 测定值
硬度(HRC) 67.4
抗拉强度(MPa) 1585.3
冲击韧性(J/cm2) 147.9
断裂韧性(MPa.m1/2) 145.1
该实施例制备得到的塑料模具钢较之传统的P20锻造塑料模具钢相比使用寿命平均延长1.8倍，其组织均匀细密，抛光后表面粗糙度Ra＜0.20μm。

Claims (3)

1.一种高硬度均质预硬型塑料模具钢，其特征在于，该模具钢中各组分的重量百分数为：C:0.4-0.5%、Mn:2.0-2.5%、Si:0.8-1.2%、Mo:0.1-0.2%、Al:0.02-0.03%、N：0.006-0.01%、Ni:2.0-3.0%、Cu:0.35-0.45%、Pb:0.02-0.03%、W:0.4-0.5%、Nb:0.01%-0.02%、S≤0.03%、P≤0.03%、复合变质剂：0.01-0.02%，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的一种高硬度均质预硬型塑料模具钢，其特征在于：所述的复合变质剂由以下重量份的原料制成：纳米稀土氧化物2-3、纳米碳化钨8-10、无水乙醇适量、PEG-4000.1-0.2；其制备方法为：先将PEG-400溶解于无水乙醇中，随后投入纳米稀土氧化物，超声搅拌处理40-50min，待其完全分散后加入纳米碳化钨，继续超声搅拌混合1-2h，搅拌结束后在300-400℃烘箱中进行干燥处理，完全干燥后粉体充分研磨分散，得稀土氧化物包覆纳米碳化钨的复合变质剂。
3.如权利要求1所述的一种高硬度均质预硬型塑料模具钢的制备方法，其特征在于，所述的制备方法为：
（1）将除复合变质剂外的各原料按照元素配比投入熔炼炉中，完全熔化后所得钢水经精炼和真空脱气处理后浇注成钢锭，且在浇注过程中随流加入复合变质剂；
（2）将所得的钢锭在加热炉中以100-120℃/h的升温速率加热至1280-1320℃，保温3-4h后对钢锭进行锻造，开锻温度为1250-1300℃，停锻温度为950-980℃，所得模块出炉后自然冷却备用；
（3）将步骤（2）所得模块放入回火炉中，以60-80℃/h的速率加热至600-650℃，保温4-5h后出炉，经自然冷却至室温即得。
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