CN106756447B - 一种高强度耐用汽车模具材料及其制备方法 - Google Patents

一种高强度耐用汽车模具材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度耐用汽车模具材料，按照质量百分数的化学成分为：Cr 8‑10％、Cu 0.1‑0.2％、Hf 0.3‑0.7％、Ba 0.2‑0.5％、Ni 1‑2％、Mo 2‑3％、W 0.03‑0.08％、Co 2‑4％、Ta 0.2‑0.5％、Ti 0.4‑0.7％、P≤0.02％、S≤0.02％、C 2.5‑2.7％，余量为Fe。本发明还公开了所述高强度耐用汽车模具材料的制备方法。本发明制备的模具材料具有较高的强度和韧性，并且在热稳定性方面表现良好，能够满足市场对模具材料越来越高的性能要求。

Description

一种高强度耐用汽车模具材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及汽车模具技术领域，具体是一种高强度耐用汽车模具材料及其制备方法。
背景技术
据了解，我国目前为汽车服务的模具约已占到了全部模具产量的三分之一左右。在这占模具总量三分之一的汽车模具中，冲压模具要占到一半左右，由此可见汽车冲压模具在模具行业和汽车工业中的重要地位。随着模具行业的不断发展，汽车模具在国内的模具行业已经有着举足轻重的位置。迅猛发展的中国汽车工业为国内的汽车模具带来了广阔的发展空间。此外由于成本和市场的因素致使发达国家模具制造的重心也逐步向以中国为代表的发展中国家转移。国内外的综合因素促进了国内汽车模具工业高速发展，可见，我国汽车模具产业的前景十分广阔。
随着我国汽车模具产业的发展，也就对汽车模具的性能提出了越来越高的要求。努力提高模具的力学性能，延长模具的使用寿命，将为人类社会带来可观的社会效益和经济效益。汽车模具的力学性能与汽车模具所采用的材料有直接关系，目前汽车模具所采用的材料主要为我国的3Cr2W8V钢、美国的H-13(相当于40CrSiMoV)钢、德国的3Cr3Mo3V钢等，随着时代的发展，这些模具材料逐渐出现热稳定性差、耐磨性差等缺陷，已经逐渐无法满足市场对汽车模具材料越来越高的性能要求，市场需要性能更加优异的汽车模具材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度耐用汽车模具材料及其制备方法，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：
一种高强度耐用汽车模具材料，按照质量百分数的化学成分为：Cr 8-10％、Cu0.1-0.2％、Hf 0.3-0.7％、Ba 0.2-0.5％、Ni 1-2％、Mo 2-3％、W 0.03-0.08％、Co 2-4％、Ta 0.2-0.5％、Ti 0.4-0.7％、P≤0.02％、S≤0.02％、C 2.5-2.7％，余量为Fe。
作为本发明进一步的方案：按照质量百分数的化学成分为：Cr 8.3-9.5％、Cu0.15-0.18％、Hf 0.4-0.6％、Ba 0.3-0.4％、Ni 1.2-1.7％、Mo 2.3-2.8％、W 0.04-0.07％、Co 2.5-3.5％、Ta 0.3-0.4％、Ti 0.5-0.6％、P≤0.02％、S≤0.02％、C 2.53-2.65％，余量为Fe。
作为本发明再进一步的方案：按照质量百分数的化学成分为：Cr 8.9％、Cu0.17％、Hf 0.5％、Ba 0.3％、Ni 1.4％、Mo 2.5％、W 0.06％、Co 3％、Ta 0.3％、Ti 0.6％、P 0.01％、S 0.01％、C 2.58％、Fe 79.67％。
所述高强度耐用汽车模具材料的制备方法，步骤如下：
1)按照重量百分比称取各组分，然后投入至真空感应炉中，在氮气氛围下进行熔炼，获得铸棒；
2)对铸棒进行第一次热处理；
3)将铸棒经电渣重熔为铸锭；
4)对铸锭进行第二次热处理；
5)检验。
作为本发明进一步的方案：步骤1)中，所述熔炼的具体步骤为：烘料，15Kw、8-10分钟；熔化，100Kw、20-25分钟；精炼，45Kw、30-40分钟，最后调温浇铸。
作为本发明再进一步的方案：步骤2)中，所述第一次退火处理为将铸棒升温至850-900℃，保温0.5-1h，然后升温至1180-1210℃，保温2-3h，随炉冷却至350-400℃，再升温至530-560℃，保温0.5-1h，随炉冷却至室温。
作为本发明再进一步的方案：步骤4)中，所述第二次热处理为将铸锭加热至780-800℃，保温1-2h，然后升温至1160-1170℃，保温3-5h，随炉冷却至220-250℃，再升温至590-600℃，保温0.5-1h，随炉冷却至室温。
上述材料能够用于制造汽车模具。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明制备的模具材料具有较高的强度和韧性，并且在热稳定性方面表现良好，采用该模具材料制备的模具耐磨、耐高温、韧性好，有效延长了模具的使用寿命，能够满足市场对模具材料越来越高的性能要求。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种高强度耐用汽车模具材料，按照质量百分数的化学成分为：Cr 8％、Cu0.1％、Hf 0.3％、Ba 0.2％、Ni 1％、Mo 2％、W 0.03％、Co 2％、Ta 0.2％、Ti 0.4％、P0.01％、S 0.01％、C 2.5％、Fe 83.25％。
本实施例中，所述高强度耐用汽车模具材料的制备方法，步骤如下：1)按照重量百分比称取各组分，然后投入至真空感应炉中，在氮气氛围下进行熔炼，获得铸棒，其中，所述熔炼的具体步骤为：烘料，15Kw、8分钟；熔化，100Kw、20分钟；精炼，45Kw、30分钟，最后调温浇铸；
2)对铸棒进行第一次热处理，其中，所述第一次退火处理为将铸棒升温至850℃，保温0.5h，然后升温至1180℃，保温2h，随炉冷却至350℃，再升温至530℃，保温0.5h，随炉冷却至室温；
3)将铸棒经电渣重熔为铸锭；
4)对铸锭进行第二次热处理，其中，所述第二次热处理为将铸锭加热至780℃，保温1h，然后升温至1160℃，保温3h，随炉冷却至220℃，再升温至590℃，保温0.5h，随炉冷却至室温；
5)检验。
实施例2
一种高强度耐用汽车模具材料，按照质量百分数的化学成分为：Cr 8.3％、Cu0.15％、Hf 0.4％、Ba 0.3％、Ni 1.2％、Mo 2.3％、W 0.04％、Co 2.5％、Ta 0.3％、Ti0.5％、P 0.01％、S 0.01％、C 2.53％、Fe 81.46％。
本实施例中，所述高强度耐用汽车模具材料的制备方法，步骤如下：1)按照重量百分比称取各组分，然后投入至真空感应炉中，在氮气氛围下进行熔炼，获得铸棒，其中，所述熔炼的具体步骤为：烘料，15Kw、9分钟；熔化，100Kw、20分钟；精炼，45Kw、32分钟，最后调温浇铸；
2)对铸棒进行第一次热处理，其中，所述第一次退火处理为将铸棒升温至870℃，保温0.5h，然后升温至1200℃，保温2.5h，随炉冷却至350℃，再升温至540℃，保温0.5h，随炉冷却至室温；
3)将铸棒经电渣重熔为铸锭；
4)对铸锭进行第二次热处理，其中，所述第二次热处理为将铸锭加热至790℃，保温1.5h，然后升温至1170℃，保温3.5h，随炉冷却至230℃，再升温至590℃，保温1h，随炉冷却至室温；
5)检验。
实施例3
一种高强度耐用汽车模具材料，按照质量百分数的化学成分为：Cr 8.9％、Cu0.17％、Hf 0.5％、Ba 0.3％、Ni 1.4％、Mo 2.5％、W 0.06％、Co 3％、Ta 0.3％、Ti 0.6％、P 0.01％、S 0.01％、C 2.58％、Fe 79.67％。
本实施例中，所述高强度耐用汽车模具材料的制备方法，步骤如下：1)按照重量百分比称取各组分，然后投入至真空感应炉中，在氮气氛围下进行熔炼，获得铸棒，其中，所述熔炼的具体步骤为：烘料，15Kw、9分钟；熔化，100Kw、23分钟；精炼，45Kw、35分钟，最后调温浇铸；
2)对铸棒进行第一次热处理，其中，所述第一次退火处理为将铸棒升温至880℃，保温1h，然后升温至1200℃，保温2.5h，随炉冷却至380℃，再升温至550℃，保温1h，随炉冷却至室温；
3)将铸棒经电渣重熔为铸锭；
4)对铸锭进行第二次热处理，其中，所述第二次热处理为将铸锭加热至790℃，保温1.5h，然后升温至1165℃，保温4h，随炉冷却至230℃，再升温至595℃，保温0.5h，随炉冷却至室温；
5)检验。
实施例4
一种高强度耐用汽车模具材料，按照质量百分数的化学成分为：Cr 9.5％、Cu0.18％、Hf 0.6％、Ba 0.4％、Ni 1.7％、Mo 2.8％、W 0.07％、Co 3.5％、Ta 0.4％、Ti0.6％、P 0.02％、S 0.02％、C 2.65％、Fe 77.56％。
本实施例中，所述高强度耐用汽车模具材料的制备方法，步骤如下：1)按照重量百分比称取各组分，然后投入至真空感应炉中，在氮气氛围下进行熔炼，获得铸棒，其中，所述熔炼的具体步骤为：烘料，15Kw、9分钟；熔化，100Kw、24分钟；精炼，45Kw、37分钟，最后调温浇铸；
2)对铸棒进行第一次热处理，其中，所述第一次退火处理为将铸棒升温至890℃，保温0.5h，然后升温至1210℃，保温2.5h，随炉冷却至390℃，再升温至550℃，保温1h，随炉冷却至室温；
3)将铸棒经电渣重熔为铸锭；
4)对铸锭进行第二次热处理，其中，所述第二次热处理为将铸锭加热至800℃，保温1.5h，然后升温至1170℃，保温5h，随炉冷却至240℃，再升温至600℃，保温0.5h，随炉冷却至室温；
5)检验。
实施例5
一种高强度耐用汽车模具材料，按照质量百分数的化学成分为：Cr 10％、Cu0.2％、Hf 0.7％、Ba 0.5％、Ni 2％、Mo 3％、W 0.08％、Co 4％、Ta 0.5％、Ti 0.7％、P0.02％、S 0.02％、C 2.7％、Fe 75.58％。
本实施例中，所述高强度耐用汽车模具材料的制备方法，步骤如下：1)按照重量百分比称取各组分，然后投入至真空感应炉中，在氮气氛围下进行熔炼，获得铸棒，其中，所述熔炼的具体步骤为：烘料，15Kw、10分钟；熔化，100Kw、25分钟；精炼，45Kw、40分钟，最后调温浇铸；
2)对铸棒进行第一次热处理，其中，所述第一次退火处理为将铸棒升温至900℃，保温1h，然后升温至1210℃，保温3h，随炉冷却至400℃，再升温至560℃，保温1h，随炉冷却至室温；
3)将铸棒经电渣重熔为铸锭；
4)对铸锭进行第二次热处理，其中，所述第二次热处理为将铸锭加热至800℃，保温2h，然后升温至1170℃，保温5h，随炉冷却至250℃，再升温至600℃，保温1h，随炉冷却至室温；
5)检验。
对比例1
与实施例3相比，不含Hf，其他与实施例3相同。
对比例2
与实施例3相比，不含Ba，其他与实施例3相同。
对比例3
与实施例3相比，不含Hf和Ba，其他与实施例3相同。
对比例4
与实施例3相比，采用常规的制备方法合成模具材料，其他与实施例3相同。
对实施例1-5及对比例1-4所制备的模具材料进行性能测试，测试结果如下表所示。
表1性能测试表
从上表中可以看出，本发明制备的模具材料具有较高的强度和韧性，并且在热稳定性方面表现良好，采用该模具材料制备的模具耐磨、耐高温、韧性好，有效延长了模具的使用寿命，能够满足市场对模具材料越来越高的性能要求。
从实施例3与对比例1-3的数据对比中可以看出，本发明实施例3所制备的模具材料性能优于对比例1-3，且对比例1-2所制备的模具材料性能优于对比例3。对比例1与实施例3相比，不含Hf，其他与实施例3相同；对比例2与实施例3相比，不含Ba，其他与实施例3相同；对比例3与实施例3相比，不含Hf和Ba，其他与实施例3相同。因此可以看出，本发明通过添加Hf和Ba，且Hf和Ba配合并与其他组分配合，有利于提高模具材料的力学性能。
从实施例3与对比例4的数据对比中可以看出，本发明实施例3所制备的模具材料性能优于对比例4。由于对比例4与实施例3相比，采用常规的制备方法合成模具材料，其他与实施例3相同。因此可以看出，采用本发明制备方法对模具材料的各组分进行加工处理，有利于提高模具材料的力学性能。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明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，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种高强度耐用汽车模具材料，其特征在于，按照质量百分数的化学成分为：Cr 8-10％、Cu 0.1-0.2％、Hf 0.3-0.7％、Ba 0.2-0.5％、Ni 1-2％、Mo 2-3％、W 0.03-0.08％、Co 2-4％、Ta 0.2-0.5％、Ti 0.4-0.7％、P≤0.02％、S≤0.02％、C 2.5-2.7％，余量为Fe；
所述的高强度耐用汽车模具材料的制备方法，步骤如下：
1)按照重量百分比称取各组分，然后投入至真空感应炉中，在氮气氛围下进行熔炼，获得铸棒；
2)对铸棒进行第一次热处理，所述第一次热处理为将铸棒升温至850-900℃，保温0.5-1h，然后升温至1180-1210℃，保温2-3h，随炉冷却至350-400℃，再升温至530-560℃，保温0.5-1h，随炉冷却至室温；
3)将铸棒经电渣重熔为铸锭；
4)对铸锭进行第二次热处理，所述第二次热处理为将铸锭加热至780-800℃，保温1-2h，然后升温至1160-1170℃，保温3-5h，随炉冷却至220-250℃，再升温至590-600℃，保温0.5-1h，随炉冷却至室温；
5)检验。
2.根据权利要求1所述的高强度耐用汽车模具材料，其特征在于，按照质量百分数的化学成分为：Cr 8.3-9.5％、Cu 0.15-0.18％、Hf 0.4-0.6％、Ba 0.3-0.4％、Ni 1.2-1.7％、Mo 2.3-2.8％、W 0.04-0.07％、Co 2.5-3.5％、Ta 0.3-0.4％、Ti 0.5-0.6％、P≤0.02％、S≤0.02％、C 2.53-2.65％，余量为Fe。
3.根据权利要求2所述的高强度耐用汽车模具材料，其特征在于，按照质量百分数的化学成分为：Cr 8.9％、Cu 0.17％、Hf 0.5％、Ba 0.3％、Ni 1.4％、Mo 2.5％、W 0.06％、Co3％、Ta 0.3％、Ti 0.6％、P 0.01％、S 0.01％、C 2.58％、Fe 79.67％。
4.根据权利要求1所述的高强度耐用汽车模具材料，其特征在于，步骤1)中，所述熔炼的具体步骤为：烘料，15Kw、8-10分钟；熔化，100Kw、20-25分钟；精炼，45Kw、30-40分钟，最后调温浇铸。
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