CN105441781A - 一种车轮模具的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车轮模具的制作方法，所述车轮模具材料的化学组成成分及质量百分比为：3.5-3.8％的碳、1.9-2.0％的硅、1-1.3％的镍、＜1％的铜、0.5-0.7％的锰、0.35-0.5％的钼、0.35-0.5％的铬、＜0.08％的钛、＜0.08％的锆、＜0.02％的硫、＜0.02％的磷、＜0.02％的铼、＜0.02％的钪，其余为铁；本发明以微米氧化钛、纳米碳化锆作为增强相，实现纳微米复合，可同时提高材料的强度、韧性和硬度，显著改善材料的力学性能和使用性能；氧化铼和氧化钪的复合添加，不但使材料具有相当高的抗老化性和缺陷抵抗能力，而且晶粒相变临界尺寸比较大，对原料细度要求较低，从而使材料具有较好的综合性能。本发明通过对由于化学元素及量选择合理，能使车轮模具具有理想的抗氧化、细化奥氏体晶粒、散热性和抗疲劳性。

Description

一种车轮模具的制作方法

技术领域

本发明涉及车轮模具领域，具体是一种车轮模具的制作方法。

背景技术

车轮属于压铸成型部件，采用的为低压铸造模具，其模具材料对车轮发挥重要作用。目前模具制作都是常温模具，正常生产时模具温度400摄氏度左右，这就会产生热变形。根据实际统计，热变形在轮唇端面的平均变化量为0.4mm左右。经过分析，模具材料对热变形的影响较大。轮毂的偏距是指轮毂的安装孔内侧面到轮毂中心线的距离。

另外，在工作过程中，车轮模具由于尺寸较大且形状复杂，通常采用合金铸铁铸造而成，其中Cr-Mo铸铁因具有良好的综合性能，而得到广泛应用。但是由这类合金铸铁浇铸出的车轮模具在进行表面处理后，如火焰淬火，在生产使用过程中经常出现冲压出的车轮精度不够或尺寸偏差等现象。造成这些情况的主要原因是模具材料成分、组织控制不当而引起模具最后淬火不良硬度不够的情况发生。因此，如何获得高品质的车轮模具材料及模具毛坯对于提高模具使用寿命至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车轮模具的制作方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种车轮模具的制作方法，所述车轮模具材料的化学组成成分及质量百分比为：3.5-3.8％的碳、1.9-2.0％的硅、1-1.3％的镍、＜1％的铜、0.5-0.7％的锰、0.35-0.5％的钼、0.35-0.5％的铬、＜0.08％的钛、＜0.08％的锆、＜0.02％的硫、＜0.02％的磷、＜0.02％的铼、＜0.02％的钪，其余为铁；

所述的制作方法包括以下步骤：

步骤(1)：依据上述设计的材料化学组成进行配料，原料选用生铁、硅铁、电解镍、电解铜、锰铁、钼铁、铬铁、微米氧化钛、纳米碳化锆、氧化铼和氧化钪；

步骤(2)：将所有原料置于中频感应电炉中进行熔炼，熔炼温度为1480℃-1560℃，得到铸件；

步骤(3)：将制得的铸件采用表面热处理，加热温度为850℃-950℃，随后在空气中骤冷淬火进行表面热处理，得到车轮模具毛坯；

步骤(4)：将车轮模具毛坯加工成车轮模具。

作为本发明进一步的方案：所述车轮模具材料的化学组成成分及质量百分比为：3.6-3.7％的碳、1.94-1.96％的硅、1.1-1.2％的镍、0.8-1％的铜、0.55-0.65％的锰、0.38-0.42％的钼、0.38-0.42％的铬、0.04-0.05％的钛、0.04-0.05％的锆、＜0.01％的硫、＜0.01％的磷、0.01-0.015％的铼、0.01-0.015％的钪，其余为铁。

作为本发明再进一步的方案：步骤(2)中熔炼温度为1500℃-1520℃。

作为本发明再进一步的方案：步骤(3)中所述表面热处理采用音频感应加热电源，其使用频率为10-25KHz，输出功率为20-28KW。

碳是产生高碳相的基础，可以形成D型石墨；提供的制备方法能确保D型石墨的形成而保障散热性，并且能使金属元素以均匀分布的状态固溶到基体内部而以避免返回基体外形成合金碳化物，确保模具的可加工性能。其生成的石墨对基体的割裂作用和铸造应力集中的有害影响在件承受压应力作用时较小，所以铸铁的抗拉强度较高，适用于制造在压应力作用下工作的车轮模具。另外，石墨的存在已经造成大量的内缺口，因此，铸铁还具有缺口不敏感的特点，但是随着碳的增加，铸铁的石墨化程度增加而变得粗大，珠光体减少而铁素体增加，硬度减小，故C应在3.5-3.8％为宜。

硅是促进碳石墨化的元素，溶于铁素体中，使铁素体的强度和硬度均有提高，塑性相应有所降低，但硅含量较高时会使机械性能下降，故控制在1.9-2.0％。

镍在铸铁中有轻微的石墨化作用，能溶于液体铁及奥氏体，降低奥氏体转变温度，扩大奥氏体区，细化并增加珠光体，并且是较好的淬透性添加剂，能够有效的改善低温性能，但Ni较贵，因此控制在1-1.3％。

铜能减小铸铁对断面的敏感性，改善石墨形态，促进珠光体的形成，并细化珠光体，提高珠光体的显微硬度，从而增加铸铁的耐磨性。铜能改善韧性，提高耐蚀性和导热性，与锰，硅合用可增加流动性，有利浇铸成型，并能细化石墨，但铜的含量过高会产生热裂倾向，以0.8-1.0％为宜。

锰能溶于铁素体和渗碳体，增强铁和碳原子的结合力，因而它是阻碍石墨化促进碳化物形成的元素，而且它是稳定珠光体元素，能提高强度、硬度及耐磨性，可与硫化合抵消一部分硫的有害作用，但锰含量过高会使脆性增加，使锰的含量应根据原始铁水中硫的含量等因素综合考虑，控制在0.5-0.7％。

钼是一种强淬透性添加剂，能细化珠光体和石墨，抗腐蚀和氧化能力较好，钼能稳定碳化物，强化铁素体，因此控制在0.35-0.5％。

铬为反石墨化作用元素，缩小Y区，有利于提高耐磨性和保持高温强度，并且铬能增加材料的淬透性，虽然作用不如锰和钼，但是成本效益很高。但铬容易促使晶粒长大，并且是碳化物的稳定元素，因此控制在0.35-0.5％。

微米氧化钛、纳米碳化锆作为增强相，实现纳微米复合，可同时提高材料的强度、韧性和硬度，显著改善材料的力学性能和使用性能。

氧化铼和氧化钪的复合添加，不但使材料具有相当高的抗老化性和缺陷抵抗能力，而且晶粒相变临界尺寸比较大，对原料细度要求较低，从而使材料具有较好的综合性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过对由于化学元素及量选择合理，能使车轮模具具有理想的抗氧化、细化奥氏体晶粒、散热性和抗疲劳性。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1

一种车轮模具的制作方法，所述车轮模具材料的化学组成成分及质量百分比为：3.5％的碳、1.9％的硅、1％的镍、＜0.8％的铜、0.5％的锰、0.35％的钼、0.35％的铬、＜0.06％的钛、＜0.06％的锆、＜0.01％的硫、＜0.01％的磷、＜0.01％的铼、＜0.01％的钪，其余为铁；

所述的制作方法包括以下步骤：

步骤(1)：依据上述设计的材料化学组成进行配料，原料选用生铁、硅铁、电解镍、电解铜、锰铁、钼铁、铬铁、微米氧化钛、纳米碳化锆、氧化铼和氧化钪；

步骤(2)：将所有原料置于中频感应电炉中进行熔炼，熔炼温度为1480℃，得到铸件；

步骤(3)：将制得的铸件采用表面热处理，加热温度为850℃，随后在空气中骤冷淬火进行表面热处理，得到车轮模具毛坯；

步骤(4)：将车轮模具毛坯加工成车轮模具。

实施例2

一种车轮模具的制作方法，所述车轮模具材料的化学组成成分及质量百分比为：3.65％的碳、1.95％的硅、1.2％的镍、＜9％的铜、0.6％的锰、0.4％的钼、0.4％的铬、＜0.07％的钛、＜0.07％的锆、＜0.015％的硫、＜0.015％的磷、＜0.015％的铼、＜0.015％的钪，其余为铁；

所述的制作方法包括以下步骤：

步骤(1)：依据上述设计的材料化学组成进行配料，原料选用生铁、硅铁、电解镍、电解铜、锰铁、钼铁、铬铁、微米氧化钛、纳米碳化锆、氧化铼和氧化钪；

步骤(2)：将所有原料置于中频感应电炉中进行熔炼，熔炼温度为1520℃，得到铸件；

步骤(3)：将制得的铸件采用表面热处理，加热温度为900℃，随后在空气中骤冷淬火进行表面热处理，得到车轮模具毛坯；

步骤(4)：将车轮模具毛坯加工成车轮模具。

实施例3

一种车轮模具的制作方法，所述车轮模具材料的化学组成成分及质量百分比为：3.8％的碳、2.0％的硅、1.3％的镍、＜1％的铜、0.7％的锰、0.5％的钼、0.5％的铬、＜0.08％的钛、＜0.08％的锆、＜0.02％的硫、＜0.02％的磷、＜0.02％的铼、＜0.02％的钪，其余为铁；

所述的制作方法包括以下步骤：

步骤(1)：依据上述设计的材料化学组成进行配料，原料选用生铁、硅铁、电解镍、电解铜、锰铁、钼铁、铬铁、微米氧化钛、纳米碳化锆、氧化铼和氧化钪；

步骤(2)：将所有原料置于中频感应电炉中进行熔炼，熔炼温度为1560℃，得到铸件；

步骤(3)：将制得的铸件采用表面热处理，加热温度为950℃，随后在空气中骤冷淬火进行表面热处理，得到车轮模具毛坯；

步骤(4)：将车轮模具毛坯加工成车轮模具。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种车轮模具的制作方法，其特征在于，所述车轮模具材料的化学组成成分及质量百分比为：3.5-3.8％的碳、1.9-2.0％的硅、1-1.3％的镍、＜1％的铜、0.5-0.7％的锰、0.35-0.5％的钼、0.35-0.5％的铬、＜0.08％的钛、＜0.08％的锆、＜0.02％的硫、＜0.02％的磷、＜0.02％的铼、＜0.02％的钪，其余为铁；

所述的制作方法包括以下步骤：

步骤(1)：依据上述设计的材料化学组成进行配料，原料选用生铁、硅铁、电解镍、电解铜、锰铁、钼铁、铬铁、微米氧化钛、纳米碳化锆、氧化铼和氧化钪；

步骤(2)：将所有原料置于中频感应电炉中进行熔炼，熔炼温度为1480℃-1560℃，得到铸件；

步骤(3)：将制得的铸件采用表面热处理，加热温度为850℃-950℃，随后在空气中骤冷淬火进行表面热处理，得到车轮模具毛坯；

步骤(4)：将车轮模具毛坯加工成车轮模具。

2.根据权利要求1所述的车轮模具的制作方法，其特征在于，所述车轮模具材料的化学组成成分及质量百分比为：3.6-3.7％的碳、1.94-1.96％的硅、1.1-1.2％的镍、0.8-1％的铜、0.55-0.65％的锰、0.38-0.42％的钼、0.38-0.42％的铬、0.04-0.05％的钛、0.04-0.05％的锆、＜0.01％的硫、＜0.01％的磷、0.01-0.015％的铼、0.01-0.015％的钪，其余为铁。

3.根据权利要求1所述的车轮模具的制作方法，其特征在于，步骤(2)中熔炼温度为1500℃-1520℃。

4.根据权利要求1所述的车轮模具的制作方法，其特征在于，步骤(3)中所述表面热处理采用音频感应加热电源，其使用频率为10-25KHz，输出功率为20-28KW。