CN107354371A - 一种耐热球墨铸铁模具材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种耐热球墨铸铁模具材料，原料包括：生铁、废钢、硅铁、锰铁、铬铁、铜粉、钼粉、镍粉、碳化硅、球化剂和硬脂酸。其制备方法是先将生铁、废钢、铬铁、锰铁和硅铁依次加至感应电炉中进行熔炼，扒掉铁液表面的炉渣，加入铜粉、钼粉、镍粉，继续熔炼，得到混合铁水；再将球化剂和碳化硅加至混合铁水中，浇注成型；最后对所得模具进行热处理，即得。本发明的模具材料具有良好的力学性能和耐热性能。

Description

一种耐热球墨铸铁模具材料及其制备方法
技术领域
本发明属于模具材料技术领域，具体涉及一种耐热球墨铸铁模具材料及其制备方法。
背景技术
模具是制造业的重要工艺装备，是机械工业和高新技术产业的重要组成部分。模具制造的水平，已成为衡量一个国家制造水平高低的重要标准之一，模具在很大程度上决定了产品的质量和效益。模具由于具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产效率和低耗能耗材等特点，具有比一般机械加工无可比拟的优势，国外常被称为“金钥匙”、“金属加工皇帝”、“进入富裕社会的原动力”等。因此，模具技术高低已经成为衡量一个国家富裕程度的重要标志。
由于模具本身要求的制造精度高，还使用铸钢、锻钢等材料，导致模具生产成本极其昂贵。作为国民经济的基础工业，我国模具的生产成本一直居高不下。近些年来，球铁很多时候是在制作大型冲压件模具组合件的过程中使用，用来代替钢，这主要是因为球墨铸铁不但耐热、耐磨、抗氧化性能好，而且高温机械性能、抗疲劳性能优异，能满足生产中对材料的要求，在提高产品质量的同时，降低了企业生产成本。因此，开发耐热球墨铸铁来代替锻造模具钢已成为迫切需要，也是经济发展的必然要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐热球墨铸铁模具材料及其制备方法。
一种耐热球墨铸铁模具材料，原料以重量份计包括：生铁30-40份，废钢15-25份，硅铁2-4份，锰铁0.1-0.2份，铬铁0.3-0.6份，铜粉0.1-0.3份，钼粉0.05-0.1份，镍粉0.1-0.2份，碳化硅0.05-0.1份，球化剂0.4-0.6份，硬脂酸0.2-0.3份。
优选地，所述耐热球墨铸铁模具材料，原料以重量份计包括：生铁37份，废钢18份，硅铁3份，锰铁0.15份，铬铁0.4份，铜粉0.2份，钼粉0.08份，镍粉0.15份，碳化硅0.08份，球化剂0.5份，硬脂酸0.2份。
优选地，所述碳化硅表面经过湿法刻蚀处理。
优选地，所述球化剂为稀土镁。
上述耐热球墨铸铁模具材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将生铁、废钢、铬铁、锰铁和硅铁依次加至感应电炉中进行熔炼，扒掉铁液表面的炉渣，加入铜粉、钼粉、镍粉，继续熔炼，得到混合铁水；
步骤2，将球化剂和碳化硅加至混合铁水中，浇注成型；
步骤3，对步骤2所得模具进行热处理，即得。
优选地，步骤2中浇注温度在1300-1400℃。
优选地，步骤3中热处理是1025-1035℃淬火60-70min后再585-600℃回火7-8h。
Si可在表面形成一层致密的二氧化硅氧化膜层，阻碍氧的进一步侵入，而且高硅的存在能够细化球状石墨，改变铸铁的结构，高温下抗氧化性增加，Si是影响材料热疲劳抗力的重要合金元素，对耐热球墨铸铁的抗热疲劳性能起决定性作用，它的含量直接决定了耐热球墨铸铁热疲劳性能的优劣；Cr发生氧化反应后形成结构致密的Cr2O3氧化膜，特殊温度范围内，还能形成一层保护性良好的 FeO·Cr2O3复合氧化膜，其熔点较高，能严密覆盖在金属表面，使球墨铸铁与氧隔开，阻止或延缓合金由外向内的氧化过程。此外，Si可以促进石墨化进程加快，提高基体的球化率，但 Si 元素含量不可过高，否则会减少组织中珠光体数量，增大脆性；Mn 元素能够促进珠光体转变，稳定并细化珠光体，还能增强球墨铸铁的韧性；Cr 元素的加入提高了球墨铸铁的硬度，且形成的 Fe-Cr 碳化物，使自由渗碳体大量的出现在铸态组织中，进一步提高了硬度值。
本发明的模具材料具有良好的力学性能和耐热性能。
具体实施方式
实施例1
一种耐热球墨铸铁模具材料，原料以重量份计包括：生铁30份，废钢15份，硅铁2份，锰铁0.1份，铬铁0.3份，铜粉0.1份，钼粉0.05份，镍粉0.1份，碳化硅0.05份，球化剂0.4份，硬脂酸0.2份。
其中，所述碳化硅表面经过湿法刻蚀处理，具体是将碳化硅与二氧化钛、稀盐酸混合后置于石英舟内进行刻蚀处理，碳化硅与二氧化钛、稀盐酸的质量比为1：0.2：1.3。
所述球化剂为稀土镁。
上述耐热球墨铸铁模具材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将生铁、废钢、铬铁、锰铁和硅铁依次加至感应电炉中进行熔炼，扒掉铁液表面的炉渣，加入铜粉、钼粉、镍粉，继续熔炼，得到混合铁水；
步骤2，将球化剂和碳化硅加至混合铁水中，浇注成型；
步骤3，对步骤2所得模具进行热处理，即得。
其中，步骤2中浇注温度在1300-1400℃。
步骤3中热处理是1025-1035℃淬火60-70min后再585-600℃回火7-8h。
所得模具材料的拉伸强度为565MPa，硬度HB为210，氧化速度为0.5g/m2h，700
℃加热 75s、低温 20℃冷却4s循环1500次后，裂纹扩展终止。
实施例2
一种耐热球墨铸铁模具材料，原料以重量份计包括：生铁32份，废钢17份，硅铁3份，锰铁0.13份，铬铁0.4份，铜粉0.2份，钼粉0.07份，镍粉0.14份，碳化硅0.07份，球化剂0.5份，硬脂酸0.25份。
其中，所述碳化硅表面经过湿法刻蚀处理，具体是将碳化硅与二氧化钛、稀盐酸混合后置于石英舟内进行刻蚀处理，碳化硅与二氧化钛、稀盐酸的质量比为1：0.2：1.3。
所述球化剂为稀土镁。
上述耐热球墨铸铁模具材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将生铁、废钢、铬铁、锰铁和硅铁依次加至感应电炉中进行熔炼，扒掉铁液表面的炉渣，加入铜粉、钼粉、镍粉，继续熔炼，得到混合铁水；
步骤2，将球化剂和碳化硅加至混合铁水中，浇注成型；
步骤3，对步骤2所得模具进行热处理，即得。
其中，步骤2中浇注温度在1300-1400℃。
步骤3中热处理是1025-1035℃淬火60-70min后再585-600℃回火7-8h。
所得模具材料的拉伸强度为552MPa，硬度HB为202，氧化速度为0.4g/m2h，700
℃加热 75s、低温 20℃冷却4s循环1500次后，裂纹扩展终止。
实施例3
一种耐热球墨铸铁模具材料，原料以重量份计包括：生铁37份，废钢21份，硅铁3份，锰铁0.15份，铬铁0.5份，铜粉0.2份，钼粉0.08份，镍粉0.17份，碳化硅0.07份，球化剂0.5份，硬脂酸0.3份。
其中，所述碳化硅表面经过湿法刻蚀处理，具体是将碳化硅与二氧化钛、稀盐酸混合后置于石英舟内进行刻蚀处理，碳化硅与二氧化钛、稀盐酸的质量比为1：0.2：1.3。
所述球化剂为稀土镁。
上述耐热球墨铸铁模具材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将生铁、废钢、铬铁、锰铁和硅铁依次加至感应电炉中进行熔炼，扒掉铁液表面的炉渣，加入铜粉、钼粉、镍粉，继续熔炼，得到混合铁水；
步骤2，将球化剂和碳化硅加至混合铁水中，浇注成型；
步骤3，对步骤2所得模具进行热处理，即得。
其中，步骤2中浇注温度在1300-1400℃。
步骤3中热处理是1025-1035℃淬火60-70min后再585-600℃回火7-8h。
所得模具材料的拉伸强度为552MPa，硬度HB为202，氧化速度为0.4g/m2h，700
℃加热 75s、低温 20℃冷却4s循环1500次后，裂纹扩展终止。
实施例4
一种耐热球墨铸铁模具材料，原料以重量份计包括：生铁40份，废钢25份，硅铁4份，锰铁0.2份，铬铁0.6份，铜粉0.3份，钼粉0.1份，镍粉0.2份，碳化硅0.1份，球化剂0.6份，硬脂酸0.3份。
其中，所述碳化硅表面经过湿法刻蚀处理，具体是将碳化硅与二氧化钛、稀盐酸混合后置于石英舟内进行刻蚀处理，碳化硅与二氧化钛、稀盐酸的质量比为1：0.2：1.3。
所述球化剂为稀土镁。
上述耐热球墨铸铁模具材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将生铁、废钢、铬铁、锰铁和硅铁依次加至感应电炉中进行熔炼，扒掉铁液表面的炉渣，加入铜粉、钼粉、镍粉，继续熔炼，得到混合铁水；
步骤2，将球化剂和碳化硅加至混合铁水中，浇注成型；
步骤3，对步骤2所得模具进行热处理，即得。
其中，步骤2中浇注温度在1300-1400℃。
步骤3中热处理是1025-1035℃淬火60-70min后再585-600℃回火7-8h。
所得模具材料的拉伸强度为525MPa，硬度HB为197，氧化速度为0.6g/m2h，700℃加热 75s、低温 20℃冷却4s循环1500次后，裂纹扩展终止。

Claims (7)

1.一种耐热球墨铸铁模具材料，其特征在于：原料以重量份计包括：生铁30-40份，废钢15-25份，硅铁2-4份，锰铁0.1-0.2份，铬铁0.3-0.6份，铜粉0.1-0.3份，钼粉0.05-0.1份，镍粉0.1-0.2份，碳化硅0.05-0.1份，球化剂0.4-0.6份，硬脂酸0.2-0.3份。
2.根据权利要求1所述的耐热球墨铸铁模具材料，其特征在于：所述耐热球墨铸铁模具材料，原料以重量份计包括：生铁37份，废钢18份，硅铁3份，锰铁0.15份，铬铁0.4份，铜粉0.2份，钼粉0.08份，镍粉0.15份，碳化硅0.08份，球化剂0.5份，硬脂酸0.2份。
3.根据权利要求1所述的耐热球墨铸铁模具材料，其特征在于：所述碳化硅表面经过湿法刻蚀处理。
4.根据权利要求1所述的耐热球墨铸铁模具材料，其特征在于：所述球化剂为稀土镁。
5.权利要求1所述的耐热球墨铸铁模具材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，将生铁、废钢、铬铁、锰铁和硅铁依次加至感应电炉中进行熔炼，扒掉铁液表面的炉渣，加入铜粉、钼粉、镍粉，继续熔炼，得到混合铁水；
步骤2，将球化剂和碳化硅加至混合铁水中，浇注成型；
步骤3，对步骤2所得模具进行热处理，即得。
6.根据权利要求5所述的耐热球墨铸铁模具材料的制备方法，其特征在于：步骤2中浇注温度在1300-1400℃。
7.根据权利要求5所述的耐热球墨铸铁模具材料的制备方法，其特征在于：步骤3中热处理是1025-1035℃淬火60-70min后再585-600℃回火7-8h。
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