CN108070794B - 一种高耐磨热作模具钢及其制备方法 - Google Patents

一种高耐磨热作模具钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高耐磨热作模具钢及其制备方法，该热作模具钢包括以下成分：碳0.22‑0.28％、陶瓷复合粉体4.6‑5.2％、硅0.15‑0.3％、锰0.5‑0.7％、纳米碳化钨1.8‑2.5％、钼0.8‑1.0％、铬2.8～3.3％、钒0.4‑0.6％、铜0.05‑0.08％、氧化铈0.06‑0.1％、磷0.03‑0.05％、硫0.02‑0.03％、余量为铁。本发明的热作模具钢配方科学合理，添加陶瓷复合粉体、无机纳米材料等增韧材料，经配料、合金化冶炼后出钢，然后再进行热处理，使得制备得到的热作模具钢具有良好的综合性能，其耐磨性和硬度较好，应用较广泛。

Description

一种高耐磨热作模具钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及热作模具钢的制备领域，具体涉及一种高耐磨热作模具钢及其制备方法。
背景技术
热作模具钢是制造热作模具(热锻模、热顶锻模、热挤压模和压铸模等)的金属材料。该类模具在工作时与热金属接触，模腔表面会受热升温至300～400℃(热锻模)、500～800℃(热挤压模)，甚至高达1000℃左右(压铸模)。由于热作模具工况条件非常恶劣，是在非常苛刻的条件下工作的，如承受各种应力及金属熔液对模具工作表面的溶蚀，在工作中反复受到炽热金属的加热和冷却介质(水、油、空气)冷却的热循环交替作用。当炽热的金属放入热作模具型腔时，型腔表面急剧升温，表层产生压应力和压应变；当金属件取出时，型腔表面由于急剧降温而受到拉应力和拉应变作用，极易产生热疲劳等，因此要求模具材料具有高的热强度、高温硬度、冲击韧性、淬透性和好的热稳定性和抗冷热疲劳性能等。总之，要求热作模具有良好的综合力学性能。
现有的热作模具钢一般耐磨性不理想，使用一段时间后会发生磨损现象，导致其加工的模具实际效果有偏差。因此，研发一种高耐磨且硬度高的热作模具钢是十分有必要的。
发明内容
鉴于以上所述，本发明公开了一种高耐磨热作模具钢及其制备方法，其配方科学合理，合金化冶炼后再进行热处理，使得制备得到的热作模具钢具有良好的综合性能，其耐磨性和硬度较好。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种高耐磨热作模具钢，由以下重量份的原料组成：碳0.22-0.28％、ZrB2-Al2O3陶瓷复合粉体4.6-5.2％、硅0.15-0.3％、锰0.5-0.7％、纳米碳化钨1.8-2.5％、钼0.8-1.0％、铬2.8～3.3％、钒0.4-0.6％、铜0.05-0.08％、氧化铈0.06-0.1％、磷0.03-0.05％、硫0.02-0.03％、余量为铁。
本发明的ZrB2-Al2O3陶瓷复合粉体的制备方法参考专利公开号为CN101423413A，名称为一种制备ZrB2—AL2O3复合粉体的方法的发明专利。
所述纳米碳化钨的粒径在30-50um。
上述高耐磨热作模具钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料、冶炼：按照原料配比称取碳和铁，加热至1460-1530℃完全熔化，熔炼成基质铁水；
(2)合金复配：向步骤(1)得到的基质铁水中加入ZrB2-Al2O3陶瓷复合粉体、硅、锰、纳米碳化钨、钼、铬、铜、磷和硫，加热至1650-1720℃完全熔化，熔炼成钢水；
(3)细化：向步骤(2)得到的钢水中加入钒和氧化铈，混合搅拌均匀，得到晶粒细化的钢水；
(4)铸造：将步骤(3)所得的钢水注入预先加热好的钢制模具中，保温1.5-3h，然后脱模后缓慢冷却进行退火处理，退火工艺为：加热温度为780-800℃，保温3-4h，随炉冷却，退火后进行粗加工；
所述粗加工后的热处理工艺为：
(a)将得到的热作模具钢加热至745-760℃，保温40-60min，加热结束后空冷至室温；
(b)将经过步骤(a)处理的热作模具钢加热至720-735℃，保温40-60min，加热结束后空冷至室温。
ZrB2-Al2O3陶瓷复合粉体具有良好的耐磨性、机械强度、硬度、断裂韧性和热冲击性；该复合粉体晶粒细小、活泼性高，成本低廉；还具有较好的成型性和烧结性，在模具钢的合成中，有利于其成型和制造。
本发明的有益效果：本发明的热作模具钢以多种元素复合合金化，添加ZrB2-Al2O3陶瓷复合粉体、无机纳米材料、稀土等复合增强材料，然后进行冶炼铸造和热处理，不仅增韧模具钢的强度，也使模具钢内部的晶粒进一步细化和结构密实，配方和制备工艺的合理改进，使得得到的热作模具钢的韧性和耐磨性得以提高，并具有良好的硬度和综合性能。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。实施例中，各种原料都为马可波罗网产品。
实施例1
一种高耐磨热作模具钢，由以下重量份的原料组成：
碳0.26％、ZrB2-Al2O3陶瓷复合粉体4.8％、硅0.2％、锰0.7％、纳米碳化钨2.3％、钼0.8％、铬3.1％、钒0.5％、铜0.05％、氧化铈0.08％、磷0.03％、硫0.02％、余量为铁。
上述高耐磨热作模具钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料、冶炼：按照原料配比称取碳和铁，加热至1510℃完全熔化，熔炼成基质铁水；
(2)合金复配：向步骤(1)得到的基质铁水中加入ZrB2-Al2O3陶瓷复合粉体、硅、锰、纳米碳化钨、钼、铬、铜、磷和硫，加热至1700℃完全熔化，熔炼成钢水；
(3)细化：向步骤(2)得到的钢水中加入钒和氧化铈，混合搅拌均匀，得到晶粒细化的钢水；
(4)铸造：将步骤(3)所得的钢水注入预先加热好的钢制模具中，保温2h，然后脱模后缓慢冷却进行退火处理，退火工艺为：加热温度为800℃，保温4h，随炉冷却，退火后进行粗加工；
所述的热处理工艺为：
(a)将得到的热作模具钢加热至750℃，保温50min，加热结束后空冷至室温；
(b)将经过步骤(a)处理的热作模具钢加热至730℃，保温40min，加热结束后空冷至室温。
经检测，本发明的热作模具钢的硬度为58.2HRC，抗拉强度为862.4MPa，晶粒度为8级。
实施例2
一种高耐磨热作模具钢，由以下重量份的原料组成：
碳0.25％、ZrB2-Al2O3陶瓷复合粉体5.2％、硅0.2％、锰0.5％、纳米碳化钨2.2％、钼1.0％、铬3.3％、钒0.5％、铜0.06％、氧化铈0.1％、磷0.03％、硫0.02％、余量为铁。
上述高耐磨热作模具钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料、冶炼：按照原料配比称取碳和铁，加热至1530℃完全熔化，熔炼成基质铁水；
(2)合金复配：向步骤(1)得到的基质铁水中加入ZrB2-Al2O3陶瓷复合粉体、硅、锰、纳米碳化钨、钼、铬、铜、磷和硫，加热至1720℃完全熔化，熔炼成钢水；
(3)细化：向步骤(2)得到的钢水中加入钒和氧化铈，混合搅拌均匀，得到晶粒细化的钢水；
(4)铸造：将步骤(3)所得的钢水注入预先加热好的钢制模具中，保温2.5h，然后脱模后缓慢冷却进行退火处理，退火工艺为：加热温度为780℃，保温3.5h，随炉冷却，退火后进行粗加工；
所述的热处理工艺为：
(a)将得到的热作模具钢加热至750℃，保温40min，加热结束后空冷至室温；
(b)将经过步骤(a)处理的热作模具钢加热至730℃，保温40min，加热结束后空冷至室温。
经检测，本发明的热作模具钢的硬度为59.1HRC，抗拉强度为872.6MPa，晶粒度为8级。

Claims (1)

1.一种高耐磨热作模具钢，其特征在于，由以下重量份的原料组成：碳0.22-0.28％、ZrB2-Al2O3陶瓷复合粉体4.6-5.2％、硅0.15-0.3％、锰0.5-0.7％、纳米碳化钨1.8-2.5％、钼0.8-1.0％、铬2.8～3.3％、钒0.4-0.6％、铜0.05-0.08％、氧化铈0.06-0.1％、磷0.03-0.05％、硫0.02-0.03％、余量为铁，所述纳米碳化钨的粒径在30-50um；其中，上述高耐磨热作模具钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料、冶炼：按照原料配比称取碳和铁，加热至1460-1530℃完全熔化，熔炼成基质铁水；
(2)合金复配：向步骤(1)得到的基质铁水中加入ZrB2-Al2O3陶瓷复合粉体、硅、锰、纳米碳化钨、钼、铬、铜、磷和硫，加热至1650-1720℃完全熔化，熔炼成钢水；
(3)细化：向步骤(2)得到的钢水中加入钒和氧化铈，混合搅拌均匀，得到晶粒细化的钢水；
(4)铸造：将步骤(3)所得的钢水注入预先加热好的钢制模具中，保温1.5-3h，然后脱模后缓慢冷却进行退火处理，退火工艺为：加热温度为780-800℃，保温3-4h，随炉冷却，退火后进行粗加工；
所述粗加工后的热处理工艺为：
(a)将得到的热作模具钢加热至745-760℃，保温40-60min，加热结束后空冷至室温；
(b)将经过步骤(a)处理的热作模具钢加热至720-735℃，保温40-60min，加热结束后空冷至室温。
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