CN108642400A - 一种高性能硬质合金模具材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能硬质合金模具材料及其制备方法,涉及模具材料技术领域,该模具材料包括以下按重量百分比计的化学成分:Sr:0.07‑0.11%、Be:0.03‑0.05%、In:0.01‑0.03%、Sc:0.04‑0.08%、Yb:0.02‑0.05%、Nb:0.06‑0.10%、N:0.002‑0.005%。本发明的模具材料制备简单方便,综合性能优良。
Description
技术领域
本发明涉及模具材料技术领域,具体涉及一种高性能硬质合金模具材料及其制备方法。
背景技术
模具钢是用来制造冷冲模、热锻模压铸模等模具的钢种。模具的质量直接影响着压力加工工艺的质量、产品的精度产量和生产成本,而模具的质量与使用寿命除了靠合理的结构设计和加工精度外,主要受模具自身材料、制备及热处理工艺的影响。而随着科学技术的进步及社会发展需求,对模具材料的要求越来越高,尤其是大型模具材料,其产出的成品体积较大,若是使用的模具综合性能存在不足缺陷,将会给制造企业带来严重的损失;而现有的模具材料已经逐渐无法满足市场及企业的需要,因此,研制出一种组织结构稳定、机械性能优良的模具钢材料相当有必要。
公开号为CN107523753A的专利申请,公开了一种模具钢,其包括以下重量份的原料组成:碳2-5份;硅30-40份;锰0.5-2份;铝0.5-1.5份;磷0.5-1份;铁50-60份;铬2-4份;钒0.1-0.5份。另外,该发明在原料组分中还添加有少量的高岭土,提高了可塑性和使用寿命,但其未有结合数据说明,也未阐明导线的其它性能指标。
公开号为CN106929767A的专利申请,公开了一种模具材料,其包括采用70份的低碳钢,28份的黄铜,0.5份的铬,0.2份的镍,1份钛,0.3份的硅混合制成。该发明的各种金属配比合理,使得模具具有良好的抗氧化性、良好的耐磨损性,采用材料中占比少的金属先混合再与材料中大占比的材料混合,使得材料混合更充分,使得材料具有良好的热疲劳性。但是,材料的碳含量高,力学性能及加工型有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能硬质合金模具材料及其制备方法,该种模具材料制备简单方便,综合性能优良。
为了达到上述目的,本发明通过以下技术方案来实现的:
一种高性能硬质合金模具材料,包括以下按重量百分比计的化学成分:Sr:0.07-0.11%、Be:0.03-0.05%、In:0.01-0.03%、Sc:0.04-0.08%、Yb:0.02-0.05%、Nb:0.06-0.10%、N:0.002-0.005%,余量为Fe。
进一步地,上述模具材料包括以下按重量百分比计的化学成分:Sr:0.09%、Be:0.04%、In:0.02%、Sc:0.06%、Yb:0.04%、Nb:0.08%、N:0.003%,余量为Fe。
进一步地,上述模具材料中不可避免的杂质含量≤0.01%。
上述的一种高性能硬质合金模具材料的制备方法,按照以下步骤进行:
步骤1:先将工业废钢、金属原料加入到熔炼炉中;
先在温度为1485-1495℃条件下,冶炼1.2-1.6h;
再在温度为1535-1555℃条件下,冶炼2.5-3h;
之后在温度为1605-1625℃条件下,冶炼2-2.4h;
熔炼后加入精炼剂,再在LF炉中精炼处理,之后在真空度为60-70Pa的脱气炉中真空脱气35-40min;
步骤2:将步骤1制得的熔液在氩气保护下浇铸成钢棒,电搅频率为4.5Hz、电流控制在140A;
步骤3:将得到的钢棒在氩气保护气氛下进行电渣重熔,加入五元渣系在温度为875℃条件下保温11.5h,电渣重熔过程中电压设定为65V,电流控制在8000A;
步骤4:开锻温度1085℃,锻造时间3.5h;终锻温度915℃,锻造时间2.5h;
步骤5:将钢件进行退火处理,先在温度为875℃条件下保温75min,再以5℃/min的速率降温至665℃保温2.5h,之后以10℃/min的速率降温至545℃保温1.5h;
步骤6:采用的激光热淬,工作功率为1200W,激光束扫描速度3.5mm/s,离焦距为48mm;
步骤7:将钢件在温度为温度为195℃条件下真空回火3.2h,空冷。
进一步地,在上述步骤1中,熔炼是先在温度为1486℃条件下,冶炼1.4h;再在温度为1545℃条件下,冶炼2.8h;之后在温度为1615℃条件下,冶炼2.2h。
进一步地,在上述步骤1中,精炼是先在温度为1430-1450℃精炼28-32min;再在温度为1470-1480℃精炼34-38min;之后在温度为1520-1530℃精炼40-45min。
进一步地,在上述步骤2中,浇铸的温度为1495℃,拉坯速度为1.15m/min。
进一步地,在上述步骤3中,五元渣系为Al2O3、CaF2、Fe3O4、CaO、SiO2按质量比为3:5:1:2:1混制得到的。
本发明具有如下的有益效果:本发明的硬质合金模具材料制备方便,通过对模具材料合金元素及制备工艺参数的优化配比,各元素成份在制备过程中协同形成的致密、稳定合金相、多种复杂合金化合物以及弥散性高温强化相,在细化合金模具材料基体晶粒的同时,改善了其金相结构和铸态组织,达到了以下效果:
(1)抑制合金模具材料组织的蠕变变形,改善其综合性能,提高成品率及质量;具有优良的机械性能,韧性好抗外力冲击;表面硬度高且均匀耐磨、耐腐蚀抗氧化、耐高温、热震性优异,使用可靠,经久耐用,应用广泛;
(2)提高了合金模具材料组织的固溶体过饱和度,并减少了粗大未溶结晶相,调控了晶界析出相的大小和分布,增强了合金组织结构的致密性和稳定性,提高其机械强度和韧性;
(3)本发明的模具材料具有优良的抗疲劳性能、延展性、韧性及塑性,能够避免挤压、冲击、拉伸等过程中的出现开裂、断裂等质量不良的现象,提高了成材率,大大满足了市场及企业对高性能模具钢材料的需求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述,以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种高性能硬质合金模具材料,由以下重量百分比含量的元素成份组成:C:0.08%、Si:0.26%、Mg:0.12%、Mn:0.57%、Cr:0.16%、Sr:0.07%、Be:0.03%、In:0.01%、Sc:0.04%、Yb:0.02%、Nb:0.06%、N:0.002%,余量为Fe,其中,不可避免的杂质含量≤0.01%。
上述的一种高性能硬质合金模具材料的制备方法,按照以下步骤进行:
步骤1:先将工业废钢、金属原料加入到熔炼炉中;
先在温度为1485℃条件下,冶炼1.6h;
再在温度为1535℃条件下,冶炼3h;
之后在温度为1605℃条件下,冶炼2.4h;
熔炼后加入精炼剂,经LF炉精炼,先在温度为1430℃精炼32min;再在温度为1470℃精炼38min;之后在温度为1520℃精炼45min,接着在真空度为60Pa的脱气炉中真空脱气40min;
步骤2:将步骤1制得的熔液在氩气保护下浇铸成钢棒,电搅频率为4.5Hz、电流控制在140A,其中,浇铸的温度设定为1495℃,拉坯速度控制在1.15m/min;
步骤3:将得到的钢棒在氩气保护气氛下进行电渣重熔,加入五元渣系在温度为875℃条件下保温11.5h,电渣重熔过程中电压设定为65V,电流控制在8000A;上述五元渣系为Al2O3、CaF2、Fe3O4、CaO、SiO2按质量比为3:5:1:2:1混制得到的;
步骤4:将步骤3制得的钢锭置于锻造加热炉中,开锻温度设定为1085℃,开锻时间3.5h;终锻温度设定为915℃,终锻时间2.5h;
步骤5:将钢件进行退火处理,先在温度为875℃条件下保温75min,再以5℃/min的速率降温至665℃保温2.5h,之后以10℃/min的速率降温至545℃保温1.5h;
步骤6:采用的激光热淬,工作功率为1200W,激光束扫描速度3.5mm/s,离焦距为48mm;
步骤7:将钢件在温度为温度为195℃条件下真空回火3.2h,空冷。
步骤8:性能检测:
①抗拉强度:≥865MPa;
②屈服强度:≥630MPa;
③耐点蚀电位:≥0.79;
④抗冲击韧度:≥65J/cm2
⑤HRC:62±2;
⑥磨损率:≤0.05%。
实施例2
一种高性能硬质合金模具材料,由以下重量百分比含量的元素成份组成:C:0.10%、Si:0.27%、Mg:0.14%、Mn:0.58%、Cr:0.17%、Sr:0.09%、Be:0.04%、In:0.02%、Sc:0.06%、Yb:0.04%、Nb:0.08%、N:0.003%,余量为Fe,其中,不可避免的杂质含量≤0.01%。
上述的一种高性能硬质合金模具材料的制备方法,按照以下步骤进行:
步骤1:先将工业废钢、金属原料加入到熔炼炉中;
先在温度为1486℃条件下,冶炼1.4h;
再在温度为1545℃条件下,冶炼2.8h;
之后在温度为1615℃条件下,冶炼2.2h;
熔炼后加入精炼剂,经LF炉精炼,先在温度为1440℃精炼30min;再在温度为1475℃精炼36min;之后在温度为1525℃精炼42min,接着在真空度为65Pa的脱气炉中真空脱气38min;
步骤2:将步骤1制得的熔液在氩气保护下浇铸成钢棒,电搅频率为4.5Hz、电流控制在140A,其中,浇铸的温度设定为1495℃,拉坯速度控制在1.15m/min;
步骤3:将得到的钢棒在氩气保护气氛下进行电渣重熔,加入五元渣系在温度为875℃条件下保温11.5h,电渣重熔过程中电压设定为65V,电流控制在8000A;上述五元渣系为Al2O3、CaF2、Fe3O4、CaO、SiO2按质量比为3:5:1:2:1混制得到的;
步骤4:将步骤3制得的钢锭置于锻造加热炉中,开锻温度设定为1085℃,开锻时间3.5h;终锻温度设定为915℃,终锻时间2.5h;
步骤5:将钢件进行退火处理,先在温度为875℃条件下保温75min,再以5℃/min的速率降温至665℃保温2.5h,之后以10℃/min的速率降温至545℃保温1.5h;
步骤6:采用的激光热淬,工作功率为1200W,激光束扫描速度3.5mm/s,离焦距为48mm;
步骤7:将钢件在温度为温度为195℃条件下真空回火3.2h,空冷。
步骤8:性能检测:
①抗拉强度:≥860MPa;
②屈服强度:≥630MPa;
③耐点蚀电位:≥0.79;
④抗冲击韧度:≥65J/cm2
⑤HRC:62±2;
⑥磨损率:≤0.06%。
实施例3
一种高性能硬质合金模具材料,由以下重量百分比含量的元素成份组成:C:0.12%、Si:0.28%、Mg:0.16%、Mn:0.59%、Cr:0.18%、Sr:0.11%、Be:0.05%、In:0.03%、Sc:0.08%、Yb:0.05%、Nb:0.10%、N:0.005%,余量为Fe,其中,不可避免的杂质含量≤0.01%。
上述的一种高性能硬质合金模具材料的制备方法,按照以下步骤进行:
步骤1:先将工业废钢、金属原料加入到熔炼炉中;
先在温度为1495℃条件下,冶炼1.2h;
再在温度为1555℃条件下,冶炼2.5h;
之后在温度为1625℃条件下,冶炼2h;
熔炼后加入精炼剂,经LF炉精炼,先在温度为1450℃精炼28min;再在温度为1480℃精炼34min;之后在温度为1530℃精炼40min,接着在真空度为70Pa的脱气炉中真空脱气35min;
步骤2:将步骤1制得的熔液在氩气保护下浇铸成钢棒,电搅频率为4.5Hz、电流控制在140A,其中,浇铸的温度设定为1495℃,拉坯速度控制在1.15m/min;
步骤3:将得到的钢棒在氩气保护气氛下进行电渣重熔,加入五元渣系在温度为875℃条件下保温11.5h,电渣重熔过程中电压设定为65V,电流控制在8000A;上述五元渣系为Al2O3、CaF2、Fe3O4、CaO、SiO2按质量比为3:5:1:2:1混制得到的;
步骤4:将步骤3制得的钢锭置于锻造加热炉中,开锻温度设定为1085℃,开锻时间3.5h;终锻温度设定为915℃,终锻时间2.5h;
步骤5:将钢件进行退火处理,先在温度为875℃条件下保温75min,再以5℃/min的速率降温至665℃保温2.5h,之后以10℃/min的速率降温至545℃保温1.5h;
步骤6:采用的激光热淬,工作功率为1200W,激光束扫描速度3.5mm/s,离焦距为48mm;
步骤7:将钢件在温度为温度为195℃条件下真空回火3.2h,空冷。
步骤8:性能检测:
①抗拉强度:≥860MPa;
②屈服强度:≥620MPa;
③耐点蚀电位:≥0.80;
④抗冲击韧度:≥68J/cm2
⑤HRC:62±2;
⑥磨损率:≤0.05%。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高性能硬质合金模具材料,其特征在于,包括以下按重量百分比计的化学成分:Sr:0.07-0.11%、Be:0.03-0.05%、In:0.01-0.03%、Sc:0.04-0.08%、Yb:0.02-0.05%、Nb:0.06-0.10%、N:0.002-0.005%,余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的一种高性能硬质合金模具材料,其特征在于,包括以下按重量百分比计的化学成分:Sr:0.09%、Be:0.04%、In:0.02%、Sc:0.06%、Yb:0.04%、Nb:0.08%、N:0.003%,余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的一种高性能硬质合金模具材料,其特征在于,所述模具材料中不可避免的杂质含量≤0.01%。
4.一种根据权利要求1-3任一项所述的高性能硬质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:先将工业废钢、金属原料加入到熔炼炉中;
先在温度为1485-1495℃条件下,冶炼1.2-1.6h;
再在温度为1535-1555℃条件下,冶炼2.5-3h;
之后在温度为1605-1625℃条件下,冶炼2-2.4h;
熔炼后加入精炼剂,再在LF炉中精炼处理,之后在真空度为60-70Pa的脱气炉中真空脱气35-40min;
步骤2:将步骤1制得的熔液在氩气保护下浇铸成钢棒,电搅频率为4.5Hz、电流控制在140A;
步骤3:将得到的钢棒在氩气保护气氛下进行电渣重熔,加入五元渣系在温度为875℃条件下保温11.5h,电渣重熔过程中电压设定为65V,电流控制在8000A;
步骤4:开锻温度1085℃,锻造时间3.5h;终锻温度915℃,锻造时间2.5h;
步骤5:将钢件进行退火处理,先在温度为875℃条件下保温75min,再以5℃/min的速率降温至665℃保温2.5h,之后以10℃/min的速率降温至545℃保温1.5h;
步骤6:采用的激光热淬,工作功率为1200W,激光束扫描速度3.5mm/s,离焦距为48mm;
步骤7:将钢件在温度为温度为195℃条件下真空回火3.2h,空冷。
5.根据权利要求4所述的一种高性能硬质合金模具材料的制备方法,其特征在于,在步骤1中,所述熔炼是先在温度为1486℃条件下,冶炼1.4h;再在温度为1545℃条件下,冶炼2.8h;之后在温度为1615℃条件下,冶炼2.2h。
6.根据权利要求4所述的一种高性能硬质合金模具材料的制备方法,其特征在于,在步骤1中,所述精炼是先在温度为1430-1450℃精炼28-32min;再在温度为1470-1480℃精炼34-38min;之后在温度为1520-1530℃精炼40-45min。
7.根据权利要求4所述的一种高性能硬质合金模具材料的制备方法,其特征在于,在步骤2中,所述浇铸的温度为1495℃,拉坯速度为1.15m/min。
8.根据权利要求4所述的一种高性能硬质合金模具材料的制备方法,其特征在于,在步骤3中,所述五元渣系为Al2O3、CaF2、Fe3O4、CaO、SiO2按质量比为3:5:1:2:1混制得到的。
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2018
- 2018-05-24 CN CN201810509346.2A patent/CN108642400A/zh not_active Withdrawn
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