CN1090605A

CN1090605A - 水冷铸造热锻模用合金铸铁材料

Info

Publication number: CN1090605A
Application number: CN 93101023
Authority: CN
Inventors: 罗明科
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-02-01
Filing date: 1993-02-01
Publication date: 1994-08-10

Abstract

本发明提供了新颖的水冷铸造热锻模用合金铸铁材料，它主要由C2～2.8％、Si1～2.6％、Mn1.5～ 10％、Cu0.8～2％、V1～2％、Bi微量～0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质如S和P所组成，S和P的含量应低于0.04％，另外，还可添加稀土硅镁球化剂，W、Cr等元素以提高和改进该合金铸铁材料的性能。

Description

本发明涉及合金技术领域。

在现代化工业生产过程中，热锻模是模锻件生产的重要工具。热锻模在工作过程中，除了单位面积上承受很大的压力外，还承受着很大的冲击力，它不仅与炽热的金属产生激烈的摩擦接触，而且还受油或者水的冷却作用，需在反复受热和受冷的恶劣条件下工作。因此，模具材料应具有以下性能：（1）在400～600℃的工作温度下具有较高的强度、硬度、良好的冲击韧性，以便能承受金属塑性变形时较大的变形抗力和具有很好的耐磨性能;（2）由于热锻模尺寸一般都较大，模具材料需有高的淬透性才能保证热锻模整体具有均匀的机械性能;（3）良好的导热性能和耐热疲劳性能;（4）在较高的工作温度下，应有较好的回火稳定性;（5）良好的机械加工工艺性能和热处理工艺性能，为了满足上述要求，热锻模一般采用含C≤0.5～0.8%的亚共析钢，并加入有Cr、Ni、Si等元素，或者还加入有Mn、W等元素。目前常用的热锻模具钢为：5CrMnMo、5CrNiMo，由于镍是一种较贵重的金属，我国研制出了无镍或少镍的热锻模具钢，例如 5CrMnSiMoV、3Cr2W8V等。采用现有技术和热锻模用模具钢来生产热锻模，其加工工序繁多，从成材元钢→下料→锻坯→退火→钳口划线→钻起重孔→刨削分模面、燕尾及检验角→钳工划线→型槽加工→铣削加工→淬火、回火热处理使热锻模达到要求的硬度→精加工型槽→检验，才能制成热锻模，其中淬火工序极难掌握好，是生产中的致命弱点，因淬火处理不好，使有的热锻模仅锻压几件或几十件就产生断裂，这种严重的问题目前仍未解决。综上所述，现有热锻模通常采用机械精加工方法制成，因此要求热锻模材料必须有好的机械加工工艺性能，而热锻模必须具有高的硬度和强度及韧性，故肯定需进行淬火、回火等热处理，这一对矛盾难于解决。由于制造工序多、多数只能单件生产，不仅费时，而且模具费用高昂。

本发明的目的是提供水冷铸造热锻模用合金铸铁材料来替换现有的热锻模具钢，以便降低成本，减少热锻模生产工序、快速和大批量生产热锻模，以满足工业化生产的需要。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。

本发明所述水冷铸造热锻模用合金铸铁材料，其特点是由C2～2.8%、Si1～2.6%、Mn1.5～10%、Cu0.8～2%、V1～2%、Bi微量～0.005%、余量为Fe及不可避免的杂质所组成。

本发明更好的方案是该材料由C2～2.5%、Si1～1.8%、Mn1.5～3%、Cu0.8～1.5%、V1～2%、Bi微量～0.003%、稀土硅镁球化剂微量～0.08%、余量为Fe及不可避免的杂质所组成。

本发明所述水冷铸造热锻模用合金铸铁材料，其特点是由C2～2.8%、Si1～1.8%、Mn1～5%、Cu0.5～1%、Cr0.8～2%、W1～8%、V1～3%、Bi微量～0.005%、稀土硅镁球化剂微量～0.08%、余量为Fe及不可避免的杂质所组成。

本发明可选用的方案是该材料由C2～2.5%、Si1～1.4%、Mn1～3%、Cu0.5～1%、Cr0.8～2%、W1～4%、V1～2%、Bi微量～0.005%、稀土硅镁球化剂微量～0.05%、余量为Fe及不可避免的杂质所组成。

本发明的优点是：（1）用合金铸铁材料经水冷铸造出热锻模来替换热锻模具钢，大大减少生产出热锻模的加工工序，可以快速和大批量浇注成型热锻模;（2）该材料用水冷铸造方法浇注出的热锻模精度很高，基本实现不切削加工的要求，把机械加工工序减少到最低程度，取消了淬火这一热锻模生产中的致命关口，热锻模厚度为120～130mm时，整个断口仍为银白色的纯白口，其硬度可达HRC45～50，能够满足热锻模硬度的要求;（3）把特殊钢材换为普通铸铁，不仅材料来源极为广泛，而且生产成本大大降低，这种合金铸铁热锻模与钢热锻模的造价成本相比约为1∶10，（4）合金铸铁热锻模经试锻验证，每套模具可锻一千件以上，预计能达到二千～六千件，由于合金铸铁热锻模可快速大量生产，因此，能够满足大规模生产热锻件的需要，同时也适应于小规模试生产的需要。

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明

本发明所述水冷铸造热锻模用合金铸铁材料的用途是铸造热锻模。铸铁是应用最广泛的铸造合金，但铸造和冶金专业的技术人员均知道，不能用铸铁来铸造热锻模，其理由是铸铁材料的性能根本不能满足热锻模材料的要求，例如C、Si含量高使机械性能下降;铸造成型后仅在壁厚为10mm以下才能浇出白口，否则为麻口或灰口，其硬度较差;普通铸造方法不能保证模具精度，而白口铁又难于机械加工，因此，人们基本未考虑用铸铁来制造热锻模。本发明是在《水冷金属型铸造方法及其设备》，CN91103716.0号专利申请的基础上发展起来的，水冷金属型铸造方法最重要的特点是在铸造工艺过程中，用设计在金属模样板中的冷却系统对金属模样板和其中浇注的热锻模铸件进行冷却，由此，保证了热锻模的精度，并提高了铸件的质量，而本发明所述水冷铸造热锻模用合金铸铁材料，则使用合金铸铁材料铸造的热锻模的性能基本达到钢热锻模的性能。

本发明所述水冷铸造热锻模用合金铸铁材料的实施例一的成份是由C2～2.8%、Si1～2.6%、Mn1.5～10%、Cu0.8～2%、V1～2%、Bi微量～0.005%、余量为Fe及不可避免的杂质如S、P所组成，S、P的含量均应控制在0.04%以下。

本发明第二实施例的合金铸铁材料的成份是由C2～2.5%、Si1～1.8%、Mn1.5～3%、Cu0.8～1.5%、V1～2%、Bi微量～0.003%，稀土硅镁球化剂微量～0.08%、余量为Fe及不可避免的杂质如S、P等所组成。

本发明第三实施例的合金铸铁材料的成份是由C2.4～2.5%、Si1～1.6%、Mn2～2.6%、Cu1～1.2%、V1～1.5%、Bi微量～0.003%、稀土硅镁球化剂微量～0.08%、余量为Fe及不可避免的杂质如S、P等所组成。

本发明的第四实施例的合金铸铁材料的成份是由C2～2.8%、Si1～1.8%、Mn1～5%、Cu0.5～1%、Cr0.8～2%、W1～8%、V1～3%、Bi微量～0.005%、稀土硅镁球化剂微量～0.08%、余量为Fe及不可避免的杂质如S、P等所组成。

本发明的第五实施例的合金铸铁材料的成份是由C2～2.5%、Si1～1.4%、Mn1～3%、Cu0.5～1%、Cr0.8～2%、W1～4%、V1～2%、Bi微量～0.005%、稀土硅镁球化剂微量～0.08%、余量为Fe及不可避免的杂质如S、P所组成。

本发明的依据是：（1）一般铸铁C的含量在2%以上，C生成的石墨对基体的割裂作用和铸造应力集中的有害影响在铸件承受压应力作用时较小，所以铸铁的抗压强度较高，适应于制造在压应力作用下工作的热锻模，另外，石墨的存在已经造成大量的内切口，因此，铸铁还具有缺口不敏感的特点，但是随着C的增加，铸铁的石墨化程度增加而变得粗大，珠光体减少而铁素体增加，硬度减小，故C应在2.8%以下。（2）Si是促进C石墨化的元素，但Si的含量高会使机械性能下降，故控制在2.6%以下。（3）Mn是稳定珠光体的元素，能提高强度和硬度，及耐磨性，可与S化合抵消一部分S的有害作用，但Mn含量过高会使脆性增加，故Mn的含量应根据原始铁水中S的含量等因素综合考虑，控制在10%以下。（4）Cu能改善韧性、良好的耐蚀性和导热性，与Mn、Si合用可增加流动性，有利浇铸成型，并能细化石墨，增加耐磨性，但Cu的含量过高会产生热裂倾向，以0.8%左右为宜。（5）V可提高热锻模塑性、韧性，并增强组织和有利排出气体，增强耐热性能，减少热裂倾向，V的用量为1～2%。（6）Bi的加入目的是为了得到珠光体+莱氏体为基体的热锻模。（7）稀土硅镁球化剂，能将片状石墨变为球状，使铸铁件的承受负荷有效面积增加，减缓应力集中的状况，提高铸铁的强度和塑性，此外，C在球化过程中大约要减少0.1～0.2%，对降低C的含量，减少石墨数量有一定作用。（8）Cr是促成珠光体、渗碳体、细化石墨的元素，能提高抗热强度和高温抗氧化能力，耐蚀能力。（9）W或Mo的加入能提高合金铸铁热锻模的热硬性。（10）S和P是有害元素，其含量均应控制在最低限度，以免产生恶化铸件性能的不良后果。S和P的含量均应在0.04%以下为宜。

该合金铸铁材料的制备方法可采用现有技术来制备，其最简便的方法是将添加的Mn、Cu等材料预热到600～800℃，放入浇包底，然后将熔融的铸铁水浇注入包内，采用冲入法来制备。有条件可采用电炉更佳。

Claims

1、水冷铸造热锻模用合金铸铁材料，其特征是由C2～2.8%、Si1～2.6%、Mn1.5～10%、Cu0.8～2%、V1～2%、Bi微量～0.005%、余量为Fe及不可避免的杂质所组成。

2、根据权利要求1所述的水冷铸造热锻模用合金铸铁材料，其特征是由C2～2.5%、Si1～1.8%、Mn1.5～3%、Cu0.8～1.5%、V1～2%、Bi微量～0.003%、稀土硅镁球化剂微量～0.08%、余量为Fe及不可避免的杂质所组成。

3、水冷铸造热锻模用合金铸铁材料，其特征是由C2～2.8%、Si1～1.8%、Mn1～5%、Cu0.5～1%、Cr0.8～2%、W1～8%、V1～3%、Bi微量～0.005%、稀土硅镁球化剂微量～0.08%、余量为Fe及不可避免的杂质所组成。

4、根据权利要求3所述的水冷铸造热锻模用合金铸铁材料，其特征是由C2～2.5%、Si1～1.4%、Mn1～3%、Cu0.5～1%、Cr0.8～2%、W1～4%、V1～2%、Bi微量～0.005%、稀土硅镁球化剂微量～0.05%、余量为Fe及不可避免的杂质所组成。