CN107653412A - 一种耐磨汽车冲压件模具材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车冲压件模具材料的研发技术领域，公开了一种耐磨汽车冲压件模具材料，利用生铁和废钢作为主要原料，添加金属以及非金属成分，将纳米氧化铝加入到合金液中，制备得到球墨铸铁，作为模具材料，能够转变铸铁的组织结构，提高材料的力学性能。

Description

一种耐磨汽车冲压件模具材料
技术领域
本发明属于汽车冲压件模具材料的研发技术领域，具体涉及一种耐磨汽车冲压件模具材料。
背景技术
在汽车冲压件中，一部分经冲压后直接成为汽车零部件，另一部分经冲压后还需经过焊接、或机械加工、或油漆等工艺加工后才能成为汽车零部件。汽车冲压件品种繁多，如汽车减震器冲压件弹簧托盘、弹簧座、弹簧托架、端盖、封盖、压缩阀盖、压缩阀套、油封座、底盖、防尘盖、叶轮、油筒、支耳、支架等都属于汽车冲压件。汽车冲压件生产中采用了大量的冷冲压工艺适合汽车冲压件工业多品种、大批量生产的需要。在中、重型汽车中，大部分覆盖件如车身外板等，及一些承重和支撑件如车架、车厢等汽车零部件都是汽车冲压件。
汽车车身模具，特别是大中型冲压压件模具，是车身制造技术的重要组成部分，冲压模具占模具总量的40%以上，汽车冲压件模具在冲压模具中具有代表性。汽车冲压件的加工好坏直接和模具水平有关，要想提高模具水平，模具材料的是关键，因选材和用材不当，致使模具过早失效，大约占失效模具的45%以上，现有的模具制造多采用锻造合金模具钢，不仅造价高、工序复杂，而且耐磨性一般，精度随着使用次数的增加而迅速下降，因此，汽车冲压模具的材料选择极为重要。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种耐磨汽车冲压件模具材料，利用生铁和废钢作为主要原料，添加金属以及非金属成分，将纳米氧化铝加入到合金液中，制备得到球墨铸铁，作为模具材料，能够转变铸铁的组织结构，提高材料的力学性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种耐磨汽车冲压件模具材料，以特定比例元素组成的生铁以及废钢作为主要原料，生铁和废钢的比例为120-130:1，加工制作球墨铸铁，其制备方法包括以下步骤：
（1）将生铁放入无芯中频感应炉中加热，在生铁开始熔化时加入废钢，待生铁和废钢完全熔化后，出炉倒入准备好的浇包内，浇包要事先预热至600-700℃，将球化剂压制成直径为5-10毫米的颗粒放入浇包的凹槽内，在上面覆盖一层厚度为2-3毫米的碳化秸秆灰，再添加孕育剂，覆盖一层厚度为2-3毫米的碳化秸秆灰；
（2）浇注温度为1380-1400℃，浇包的同时加入合金元素，在浇包的铁液液面撒上除渣剂，待合金完全熔化后，将铁液表面炉渣扒去，调整合金元素，合金添加量占铁水的质量百分比为： 镍占0.6-0.8%、钼占0.3-0.5%、锡占0.06-0.08%、锑占0.02-0.025%、硼占0.008-0.01%；
（3）浇注的同时，将所占质量分数为0.004-0.006%的纳米氧化铝粉喷射在流出浇包的铁液上，添加质量分数为0.02-0.04%的石英砂，搅拌1-2小时完成浇包，浇包完成3-5小时后打箱，进行抛丸处理，即得所述耐磨汽车冲压件模具材料。
作为对上述方案的进一步改进，所述生铁中各组分元素质量百分比为：碳占3.7-3.8%、硅占0.65-0.70%、锰占0.05-0.07%、磷占0.01-0.02%、硫占0.010-0.015%，剩余为铁和不可避免的杂质。
作为对上述方案的进一步改进，铁液的出炉温度为1400-1450℃，铁液熔炼过程使用珍珠岩作为除渣剂，用量为铁液质量的0.04-0.06%。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（1）中所述球化剂的使用量占混合铁水质量的0.3-0.5%。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（1）中所述孕育剂采用的是75SiFe，粒径大小为4-6毫米，使用量占混合铁水质量的0.1-0.2%。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有的汽车冲压件制作模具制作成本高，力学性能不能达到理想效果的问题，本发明提供了一种耐磨汽车冲压件模具材料，利用生铁和废钢作为主要原料，添加金属以及非金属成分，将纳米氧化铝加入到合金液中，制备得到球墨铸铁，作为模具材料，能够转变铸铁的组织结构，提高材料的力学性能，并且加工制作成本降低了20-25%左右。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种耐磨汽车冲压件模具材料，以特定比例元素组成的生铁以及废钢作为主要原料，生铁和废钢的比例为120:1，加工制作球墨铸铁，其制备方法包括以下步骤：
（1）将生铁放入无芯中频感应炉中加热，在生铁开始熔化时加入废钢，待生铁和废钢完全熔化后，出炉倒入准备好的浇包内，浇包要事先预热至600℃，将球化剂压制成直径为5毫米的颗粒放入浇包的凹槽内，在上面覆盖一层厚度为2-3毫米的碳化秸秆灰，再添加孕育剂，覆盖一层厚度为2-3毫米的碳化秸秆灰；
（2）浇注温度为1380℃，浇包的同时加入合金元素，在浇包的铁液液面撒上除渣剂，待合金完全熔化后，将铁液表面炉渣扒去，调整合金元素，合金添加量占铁水的质量百分比为：镍占0.6%、钼占0.3%、锡占0.06%、锑占0.02%、硼占0.008%；
（3）浇注的同时，将所占质量分数为0.004%的纳米氧化铝粉喷射在流出浇包的铁液上，添加质量分数为0.02%的石英砂，搅拌1小时完成浇包，浇包完成3小时后打箱，进行抛丸处理，即得所述耐磨汽车冲压件模具材料。
作为对上述方案的进一步改进，所述生铁中各组分元素质量百分比为：碳占3.7%、硅占0.65%、锰占0.05%、磷占0.01%、硫占0.010%，剩余为铁和不可避免的杂质。
作为对上述方案的进一步改进，铁液的出炉温度为1400℃，铁液熔炼过程使用珍珠岩作为除渣剂，用量为铁液质量的0.04%。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（1）中所述球化剂的使用量占混合铁水质量的0.3%。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（1）中所述孕育剂采用的是75SiFe，粒径大小为4毫米，使用量占混合铁水质量的0.1%。
实施例2
一种耐磨汽车冲压件模具材料，以特定比例元素组成的生铁以及废钢作为主要原料，生铁和废钢的比例为125:1，加工制作球墨铸铁，其制备方法包括以下步骤：
（1）将生铁放入无芯中频感应炉中加热，在生铁开始熔化时加入废钢，待生铁和废钢完全熔化后，出炉倒入准备好的浇包内，浇包要事先预热至650℃，将球化剂压制成直径为8毫米的颗粒放入浇包的凹槽内，在上面覆盖一层厚度为2-3毫米的碳化秸秆灰，再添加孕育剂，覆盖一层厚度为2-3毫米的碳化秸秆灰；
（2）浇注温度为1390℃，浇包的同时加入合金元素，在浇包的铁液液面撒上除渣剂，待合金完全熔化后，将铁液表面炉渣扒去，调整合金元素，合金添加量占铁水的质量百分比为： 镍占0.7%、钼占0.4%、锡占0.07%、锑占0.023%、硼占0.009%；
（3）浇注的同时，将所占质量分数为0.005%的纳米氧化铝粉喷射在流出浇包的铁液上，添加质量分数为0.03%的石英砂，搅拌1.5小时完成浇包，浇包完成3-5小时后打箱，进行抛丸处理，即得所述耐磨汽车冲压件模具材料。
作为对上述方案的进一步改进，所述生铁中各组分元素质量百分比为：碳占3.75%、硅占0.68%、锰占0.06%、磷占0.015%、硫占0.013%，剩余为铁和不可避免的杂质。
作为对上述方案的进一步改进，铁液的出炉温度为1420℃，铁液熔炼过程使用珍珠岩作为除渣剂，用量为铁液质量的0.05%。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（1）中所述球化剂的使用量占混合铁水质量的0.4%。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（1）中所述孕育剂采用的是75SiFe，粒径大小为5毫米，使用量占混合铁水质量的0.15%。
实施例3
一种耐磨汽车冲压件模具材料，以特定比例元素组成的生铁以及废钢作为主要原料，生铁和废钢的比例为130:1，加工制作球墨铸铁，其制备方法包括以下步骤：
（1）将生铁放入无芯中频感应炉中加热，在生铁开始熔化时加入废钢，待生铁和废钢完全熔化后，出炉倒入准备好的浇包内，浇包要事先预热至700℃，将球化剂压制成直径为10毫米的颗粒放入浇包的凹槽内，在上面覆盖一层厚度为2-3毫米的碳化秸秆灰，再添加孕育剂，覆盖一层厚度为2-3毫米的碳化秸秆灰；
（2）浇注温度为1400℃，浇包的同时加入合金元素，在浇包的铁液液面撒上除渣剂，待合金完全熔化后，将铁液表面炉渣扒去，调整合金元素，合金添加量占铁水的质量百分比为： 镍占0.8%、钼占0.5%、锡占0.08%、锑占0.025%、硼占0.01%；
（3）浇注的同时，将所占质量分数为0.006%的纳米氧化铝粉喷射在流出浇包的铁液上，添加质量分数为0.04%的石英砂，搅拌2小时完成浇包，浇包完成5小时后打箱，进行抛丸处理，即得所述耐磨汽车冲压件模具材料。
作为对上述方案的进一步改进，所述生铁中各组分元素质量百分比为：碳占3.8%、硅占0.70%、锰占0.07%、磷占0.02%、硫占0.015%，剩余为铁和不可避免的杂质。
作为对上述方案的进一步改进，铁液的出炉温度为1450℃，铁液熔炼过程使用珍珠岩作为除渣剂，用量为铁液质量的0.06%。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（1）中所述球化剂的使用量占混合铁水质量的0.5%。
作为对上述方案的进一步改进，步骤（1）中所述孕育剂采用的是75SiFe，粒径大小为6毫米，使用量占混合铁水质量的0.2%。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，原料中省略废钢的添加，其余保持一致。
对比例2
与实施例2的区别仅在于，合金元素中省略锑和锡，其余保持一致。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，省略纳米氧化铝的添加，其余保持一致。
对比实验
分别使用实施例1-3和对比例1-3的方法加工制作模具材料，同时以现有的合金铸钢材料作为对照，对各组材料的性能进行测定，将结果记录如下表所示：
项目 抗拉强度（MPa） 屈服强度（MPa） 抗弯强度（MPa） 硬度（HB）
实施例1 1550 1350 2600 380
实施例2 1600 1400 2650 390
实施例3 1570 1380 2620 385
对比例1 1080 860 2100 310
对比例2 950 810 1950 280
对比例3 870 750 1700 240
对照组 680 650 1550 210

Claims (5)

1.一种耐磨汽车冲压件模具材料，其特征在于，以特定比例元素组成的生铁以及废钢作为主要原料，生铁和废钢的比例为120-130:1，加工制作球墨铸铁，其制备方法包括以下步骤：
（1）将生铁放入无芯中频感应炉中加热，在生铁开始熔化时加入废钢，待生铁和废钢完全熔化后，出炉倒入准备好的浇包内，浇包要事先预热至600-700℃，将球化剂压制成直径为5-10毫米的颗粒放入浇包的凹槽内，在上面覆盖一层厚度为2-3毫米的碳化秸秆灰，再添加孕育剂，覆盖一层厚度为2-3毫米的碳化秸秆灰；
（2）浇注温度为1380-1400℃，浇包的同时加入合金元素，在浇包的铁液液面撒上除渣剂，待合金完全熔化后，将铁液表面炉渣扒去，调整合金元素，合金添加量占铁水的质量百分比为： 镍占0.6-0.8%、钼占0.3-0.5%、锡占0.06-0.08%、锑占0.02-0.025%、硼占0.008-0.01%；
（3）浇注的同时，将所占质量分数为0.004-0.006%的纳米氧化铝粉喷射在流出浇包的铁液上，添加质量分数为0.02-0.04%的石英砂，搅拌1-2小时完成浇包，浇包完成3-5小时后打箱，进行抛丸处理，即得所述耐磨汽车冲压件模具材料。
2.如权利要求1所述一种耐磨汽车冲压件模具材料，其特征在于，所述生铁中各组分元素质量百分比为：碳占3.7-3.8%、硅占0.65-0.70%、锰占0.05-0.07%、磷占0.01-0.02%、硫占0.010-0.015%，剩余为铁和不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述一种耐磨汽车冲压件模具材料，其特征在于，铁液的出炉温度为1400-1450℃，铁液熔炼过程使用珍珠岩作为除渣剂，用量为铁液质量的0.04-0.06%。
4.如权利要求1所述一种耐磨汽车冲压件模具材料，其特征在于，步骤（1）中所述球化剂的使用量占混合铁水质量的0.3-0.5%。
5.如权利要求1所述一种耐磨汽车冲压件模具材料，其特征在于，步骤（1）中所述孕育剂采用的是75SiFe，粒径大小为4-6毫米，使用量占混合铁水质量的0.1-0.2%。
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