CN107586992A - 一种铜合金模具材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铜合金模具材料及其制备方法，该模具材料的原料以质量百分数计包括：铝8‑15%，镍1‑2%，铁4‑7%，锰0.5‑1%，硼0.1‑0.2%，锌0.1‑0.2%，磷0.02‑0.04%，钒0.01‑0.02%，钛0.15‑0.25%，硅0.02‑0.06%，铬0.1‑0.2%，锗0.01‑0.02%，其余为铜。模具材料是将配比好的原料熔炼、浇注后经热处理制成。本发明的模具材料具有高的强度和硬度，良好的塑韧性和优异的耐磨性。

Description

一种铜合金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，具体涉及一种铜合金模具材料及其制备方法。

背景技术

在工业生产中，模具用以冲压、锻压、挤出、注塑、吹塑等方法得到所需要产品的工具，被称为“工业航母”。零件通过模具生产后，具有高质量、高生产效率、低成本、节省材料和能源等优点，所以模具作为主要工艺装备被广泛用于工业生产的许多领域，已经成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。根据《全国模具专业厂基本情况》统计，我国模具以平均15%以上的速度增长，这比国内GDP的平均增值高一倍多。其中，铸造模具发展十分活跃，约占各类模具总产值的 5%，而且每年增长速度高达25%。模具的迅速发展带动了模具材料的发展。随着生产规模的不断扩大和高性能产品的开发，模具制品种类日益增多，并向复杂化、精密化和大型化的方向发展，使模具工作条件更加复杂和苛刻，对模具材料的性能要求也在不断提高。

传统的合金钢模具材料，由于其导热性能低、抗热疲劳性和精密加工性能较差，不能满足某些模具材料的实际使用要求。而以Cu为基、适量添加Al、Ni、Fe、Mn、Zn 等合金元素的铜合金模具材料得以发展，铜合金模具材料用于金属与非金属成型的拉伸、压延、挤压和铸造，特别是在高分子塑料及不锈钢制品成形等方面得到了广泛应用。我国对新型铜合金模具材料的研究由于受到工艺、设备等方面的限制，目前还没有完全实现铜合金模具的国产化。

发明内容

本发明的目的是提供一种综合性能优良的铜合金模具材料及其制备方法

一种铜合金模具材料，原料以质量百分数计包括：铝8-15%，镍1-2%，铁4-7%，锰0.5-1%，硼0.1-0.2%，锌0.1-0.2%，磷0.02-0.04%，钒0.01-0.02%，钛0.15-0.25%，硅0.02-0.06%，铬0.1-0.2%，锗0.01-0.02%，其余为铜，总量为100%。

优选地，所述铜合金模具材料的原料以质量百分数计包括：铝10%，镍1.4%，铁5%，锰0.7%，硼0.1%，锌0.2%，磷0.03%，钒0.02%，钛0.2%，硅0.05%，铬0.1%，锗0.01%，其余为铜，总量为100%。

上述铜合金模具材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按重量比配料；

步骤2，熔炼，将配好的原料放入真空感应炉中熔炼，浇注得到铸件；

步骤3，热处理，将铸件热锻成模具毛坯后在910-930℃保温2-3h固溶，在450-490℃保温2-3h空冷时效，即得。

优选地，步骤2中熔炼温度为1200-1250℃。

优选地，步骤2中浇注温度为1130-1150℃，浇注的出炉温度为1220-1250℃。

优选地，步骤3中热锻温度为850-900℃。

本发明的合金模具材料加入多种元素，加入镍可以和铜能够无限固溶成α相，这样可以进一步强化基体、改善韧性；加入锰、硼、和锌，能显著提高铜的高温抗氧化性，使模具材料表面形成致密的耐磨耐腐蚀层，避免金属渣粘模具，进一步提高模具寿命；钒和钛的加入能延缓再结晶，阻止合金加热时晶粒长大，显著减慢冷却时的相变过程，抑制时效中的晶界反应；硅和铬可增加金属的强度又不致降低金属的可塑性和韧性，同时又能使金属在高温下具有足够的强度，能改善金属的冷脆性和耐磨性；锗能消除或见减弱金属中许多有害元素的影响，改善金属的质量，可改善金属的热加工性能，提高其塑性及韧性。

本发明的模具材料具有高的强度和硬度，良好的塑韧性和优异的耐磨性。

具体实施方式

实施例1

一种铜合金模具材料，原料以质量百分数计包括：铝8%，镍1%，铁4%，锰0.5%，硼0.1%，锌0.1%，磷0.02%，钒0.01%，钛0.15%，硅0.02%，铬0.1%，锗0.01%，其余为铜，总量为100%。

上述铜合金模具材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按重量比配料；

步骤2，熔炼，将配好的原料放入真空感应炉中熔炼，浇注得到铸件；

步骤3，热处理，将铸件热锻成模具毛坯后在910-930℃保温2-3h固溶，在450-490℃保温2-3h空冷时效，即得。

其中，步骤2中熔炼温度为1200-1250℃；浇注温度为1130-1150℃，浇注的出炉温度为1220-1250℃。

步骤3中热锻温度为850-900℃。

所得合金材料的抗拉强度为845 MPa，布氏硬度为401 HBW，延伸率为9.3%，热导率为92W/m·k，磨损量为0.87 mg。

实施例2

一种铜合金模具材料，原料以质量百分数计包括：铝10%，镍1.4%，铁5%，锰0.7%，硼0.1%，锌0.2%，磷0.03%，钒0.02%，钛0.2%，硅0.05%，铬0.1%，锗0.01%，其余为铜，总量为100%。

上述铜合金模具材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按重量比配料；

步骤2，熔炼，将配好的原料放入真空感应炉中熔炼，浇注得到铸件；

步骤3，热处理，将铸件热锻成模具毛坯后在910-930℃保温2-3h固溶，在450-490℃保温2-3h空冷时效，即得。

其中，步骤2中熔炼温度为1200-1250℃；浇注温度为1130-1150℃，浇注的出炉温度为1220-1250℃。

步骤3中热锻温度为850-900℃。

所得合金材料的抗拉强度为832MPa，布氏硬度为394HBW，延伸率为8.9%，热导率为89W/m·k，磨损量为0.84mg。

实施例3

一种铜合金模具材料，原料以质量百分数计包括：铝12%，镍2%，铁6%，锰0.8%，硼0.2%，锌0.2%，磷0.03%，钒0.02%，钛0.2%，硅0.04%，铬0.2%，锗0.02%，其余为铜，总量为100%。

上述铜合金模具材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按重量比配料；

步骤2，熔炼，将配好的原料放入真空感应炉中熔炼，浇注得到铸件；

步骤3，热处理，将铸件热锻成模具毛坯后在910-930℃保温2-3h固溶，在450-490℃保温2-3h空冷时效，即得。

其中，步骤2中熔炼温度为1200-1250℃；浇注温度为1130-1150℃，浇注的出炉温度为1220-1250℃。

步骤3中热锻温度为850-900℃。

所得合金材料的抗拉强度为857 MPa，布氏硬度为407 HBW，延伸率为9.6%，热导率为94W/m·k，磨损量为0.85mg。

实施例4

一种铜合金模具材料，原料以质量百分数计包括：铝15%，镍2%，铁7%，锰1%，硼0.2%，锌0.2%，磷0.04%，钒0.02%，钛0.25%，硅0.06%，铬0.2%，锗0.02%，其余为铜，总量为100%。

上述铜合金模具材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按重量比配料；

步骤2，熔炼，将配好的原料放入真空感应炉中熔炼，浇注得到铸件；

步骤3，热处理，将铸件热锻成模具毛坯后在910-930℃保温2-3h固溶，在450-490℃保温2-3h空冷时效，即得。

其中，步骤2中熔炼温度为1200-1250℃；浇注温度为1130-1150℃，浇注的出炉温度为1220-1250℃。

步骤3中热锻温度为850-900℃。

所得合金材料的抗拉强度为862 MPa，布氏硬度为411 HBW，延伸率为9.7%，热导率为89 W/m·k，磨损量为0.84 mg。

Claims (6)

1.一种铜合金模具材料，其特征在于：原料以质量百分数计包括：铝8-15%，镍1-2%，铁4-7%，锰0.5-1%，硼0.1-0.2%，锌0.1-0.2%，磷0.02-0.04%，钒0.01-0.02%，钛0.15-0.25%，硅0.02-0.06%，铬0.1-0.2%，锗0.01-0.02%，其余为铜，总量为100%。

2.根据权利要求1所述的铜合金模具材料，其特征在于：原料以质量百分数计包括：铝10%，镍1.4%，铁5%，锰0.7%，硼0.1%，锌0.2%，磷0.03%，钒0.02%，钛0.2%，硅0.05%，铬0.1%，锗0.01%，其余为铜，总量为100%。

3.权利要求1或2所述的铜合金模具材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，按重量比配料；

步骤2，熔炼，将配好的原料放入真空感应炉中熔炼，浇注得到铸件；

步骤3，热处理，将铸件热锻成模具毛坯后在910-930℃保温2-3h固溶，在450-490℃保温2-3h空冷时效，即得。

4.根据权利要求3所述的铜合金模具材料的制备方法，其特征在于：步骤2中熔炼温度为1200-1250℃。

5.根据权利要求3所述的铜合金模具材料的制备方法，其特征在于：步骤2中浇注温度为1130-1150℃，浇注的出炉温度为1220-1250℃。

6.根据权利要求3所述的铜合金模具材料的制备方法，其特征在于：步骤3中热锻温度为850-900℃。