CN109468538A

CN109468538A - 一种高性能压铸模具钢diemax及其制备方法

Info

Publication number: CN109468538A
Application number: CN201811595813.4A
Authority: CN
Inventors: 颜向东
Original assignee: Shanghai Heyu Mold Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Heyu Mold Technology Co Ltd
Priority date: 2018-12-25
Filing date: 2018-12-25
Publication date: 2019-03-15

Abstract

本发明公开了一种高性能压铸模具钢DIEMAX，涉及模具钢成份配方和制造技术领域。高性能压铸模具钢化学成份的重量百分含量为：C 0.35‑0.39％；Si 0.10‑0.30％；Mn 0.30‑0.60％；Cr 4.80‑5.10％；Mo 2.30‑2.50％；V 0.50‑0.70％；P≤0.010％；S≤0.002％；其余为Fe和不可避免的杂质及残余微量元素。本发明模具钢采用独特优化的合金元素配比、经过超纯冶炼和多向锻打，并结合高温均质化和超细化处理等工艺，不仅大大提升了材料的纯净度、组织等级和等向性，而且更加全面的提升了压铸模具钢的韧性、延展性、高温强度、抗回火性、抗塑性变形等各项关键性能指标，能显著提高模具的质量和寿命而获得更佳的经济效益。

Description

一种高性能压铸模具钢DIEMAX及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种模具材料、具体为高性能压铸模具钢，主要用于汽车、通信、工具、3C等铝/镁合金之高性能压铸模具，涉及模具钢制造技术领域。

背景技术

模具工业是产品之母，是产品制造中最重要的基础装备工业，主要种类有塑料模、冲压模、铸造模、锻模、挤压模、玻璃模、拉丝模、橡胶模等，其中铸造模具又可分为压铸模、重力及低压铸造模等，目前压铸模具在总体比例中超过8％。模具材料是模具本体母材，是确保模具性能和品质的基本关键因素，模具钢根据用途及使用条件，可以分为塑料模具钢、热作模具钢、冷作模具钢及高速钢等，热作钢根据具体用途又可压铸及铸造模具钢、热锻模具钢、热挤压模具钢及热冲压模具钢等，目前压铸模具钢占总体模具钢需求量的10％左右。

中国的模具工业经过30多年的转型升级和创新发展，已成就了世界模具制造大国和贸易大国、并不断加速向世界模具强国的转变。伴随着模具工业的发展，国产模具钢在专业厂家数量、钢材品种、质量等级及稳定性、营销体系建立等方面均取得了长足的提升和进步。但是，国产模具钢现阶段的问题和不足也是显而易见的，主要表现为质量稳定性与进口模具钢还有一定差距、创新开发及市场应用不足、品种不够齐全、系统推广和品牌建设力度不足、在高端及中高端市场占有率明显偏低、进口量明显大于出口量等等。

压铸作为有色金属部件成型的最主要生产工艺，具有批量生产高效可靠、产品机械性能好及回收循环方便等优点，因此被广泛应用于汽车、通信、IT等铝/镁合金等零部件的生产。近20年伴随着上述需求行业的迅猛发展，压铸和压铸模具工业的发展也一直比较强劲，然压铸模具寿命普遍不长、压铸模质量总体不稳定、早期开裂等早期失效时有发生、压铸件表面质量欠佳等问题也由来已久，上述问题的产生与市场最常用压铸模具钢的性能相对不足有很大关系。作为一种生产应用已超过50年的热作模具钢(国内生产应用也已有近30年)，1.2344ESR(德标)/H13ESR具备较好的高温强度、韧性、耐磨性和热处理性能，材料综合平衡性能良好、成本较低，因而成为压铸、热锻及热挤压等热作模具采用的主力钢种。但因其合金成份配比不够优化、冶炼不够精细、纯净度偏低、未经过组织细微化处理等因素，使得材料在高温强度、韧性、延展性、等向性等方面的性能均存在不足，从而导致压铸模具抗热龟裂性、抗热冲击开裂、抗热磨损性及耐冲蚀性等服役性能总体欠佳，模具最终寿命偏短且不稳定，已越来越不能满足压铸模具尤其是大型、复杂、高表面质量、长寿命要求的各类高性能压铸模具的要求。因此需要对现有常用的压铸模具钢进行创新性改良和发展应用。

发明内容

本发明的目的在于改良常用的压铸模具钢1.2344ESR/H13ESR，提供一种各主要性能指标均大幅提升改善的高性能压铸模具钢DIEMAX。

为实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：通过在H13ESR基础上对合金成份重新优化配比，并采用超纯冶炼、高温均质化、大锻比多向锻造工艺和组织细微化处理之生产工艺来获得全新的高性能压铸模具钢DIEMAX。

传统压铸模具钢1.2344ESR/H13ESR典型的化学成分为：C 0.37-0.41％、Si 0.80-1.20％、Mn 0.20-0.50％、Cr 5.0-5.50％、Mo 1.20-1.60％、V 0.90-1.10％、P≤0.020％、S≤0.004％，其余为Fe和杂质元素；1.2344ESR基本生产工艺为：电炉熔炼EF+炉外精炼LF+真空精炼VD+电渣重熔ESR+锻造+球化处理。

本发明的模具钢DIAMAX之基本化学成份的重量百分含量为：C 0.35-0.39％；Si0.10-0.30％；Mn 0.30-0.60％；Cr 4.80-5.10％；Mo 2.30-2.50％；V 0.50-0.70％；其余为Fe。杂质元素的控制标准为P≤0.010％、S≤0.002％；有害气体元素的控制标准为N≤100PPM、H≤2.0PPM、O≤15PPM；残余元素的控制标准为：Ni≤0.25％；Cu≤0.25％；Sn≤0.03％；Pb≤0.002％；As≤0.040％；Ti≤0.010％；Bi≤0.005％；Sb≤0.005％。

依据上述化学成分配比，采用高等级电弧炉熔炼EF+钢包精炼LF+真空脱气VD+电渣重熔ESR之系统精细的冶炼，获得成份精确、硫磷和非金属夹杂物含量极低的DIEMAX模具钢钢锭，并按照正确的退火工艺将钢锭退火。

将钢锭加热到高温均质化温度并进行足够的保温，使得钢锭的碳化物充分扩散溶解，从而根本上改善钢锭的原始组织，之后再将钢锭冷却到锻造温度，采用锻打比≧6、三墩三拔工艺进行锻造，将钢材锻制到要求的尺寸，之后将钢材做退火处理。

将退火后的钢材进行组织细微化处理，加热至钢材的固溶处理温度并保温足够的时间、再冷却到钢材的退火温度进行球化处理，从而完成高性能压铸模具钢DIEMAX的制造。

与传统压铸模具钢1.2344ESR/H13ESR相比，本发明的有益效果如下：高性能压铸模具钢DIEMAX通过合金成分的最优改良配比，采用高级系统之精炼工艺和超大锻比锻造工艺，结合先进独特的组织细微化处理工艺，使材料具备卓越的综合性能，包括：极高的纯净度和致密度、组织非常细微均匀，材料各向同性极佳；相对最高的韧性和延展性，抗冲击性和耐热裂纹性能优异；优良的高温强度和抗蠕变强度，回火稳定性和抗软化能力强；极佳的抗热龟裂性，抗热磨损性、抗形变和耐冲蚀性能强；优异的淬透性、尺寸稳定性，非常适合氮化和氧化等表面处理；较高的热传导性和较低的热膨胀系数，有效降低应力和变形等。

相比传统压铸模具钢1.2344ESR，本发明DIEMAX材料在高温强度、韧性和延展性、等向性等方面性能指标有了大幅提升，使得材料的抗热龟裂性、抗热冲击开裂、抗热磨损性及耐冲蚀性等服役性能表现优良，从而获得又高又稳定的模具最终寿命，最大程度满足大型、复杂、高表面质量、长寿命之各类高性能压铸模具的要求，实现压铸模具钢的跨越式升级换代、实现良好的质量效果和经济效益。

DIEMAX生产工艺流程：

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中对本发明的技术工艺方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

一种高性能压铸模具钢DIEMAX的制备方法步骤如下：

步骤一、按照模具钢的元素成份重量百分比进行原料配料(C 0.35-0.39；Si0.10-0.30；Mn 0.30-0.60；Cr 4.80-5.10；Mo 2.30-2.50；V 0.50-0.70；其余为Fe)。将所甄选配置的原料置于高等级电弧炉内熔炼、熔炼温度为1520-1550℃、冶炼时间为250-300分钟，取样检测铁水成份基本达标后再转入LF炉进行钢包精炼70-90分钟、过程中再对成份进行进行必要的微调，随后在VD真空脱气炉中进行真空脱气30-50分钟。通过精炼后在真空条件下浇注钢锭，钢锭冷却后以820-850℃进行退火去应力处理，如此完成钢锭(电极坯)的制作。

步骤二、将步骤一的电极坯放置到带有保护气氛的电渣重熔炉中进行电渣重熔处理，以进一步减少原始钢锭中的杂质成份、提高纯净度和组织的均匀致密性，完成重熔后需再将钢锭以820-850℃进行退火处理以消除应力。

步骤三、将经电渣重熔的钢锭加热到1200-1250℃保温300-350分钟，使得钢锭中碳化物组织充分扩散和均匀溶解，以减少材料后续碳化物不均匀聚集和析出，完成材料的高温均质化处理。

步骤四、将完成高温均质化的钢锭缓冷降温至材料的锻造温度1000-1050℃，选用锻造吨位适合的锻压机，以超大锻造比(不小于6)和要求的尺寸进行反复钝拔锻造(不少于三镦三拔)，获得致密性高和等向性良好的模具钢锻件，之后将锻件以800-830℃进行完全退火处理。

步骤五、对步骤四的锻件加热至材料的固溶温度1050-1100℃，保温200-300分钟；之后将锻件缓冷至约850℃进行球化退火处理，完成锻件的组织细微化处理，获得组织细微均匀、致密性和等向性良好的模具钢成品。

步骤六、对步骤五的模具钢成品实施全面的检验检测，包括化学成分、显微纯净度、超声波探伤、冲击韧性、晶粒度、带状组织、退火显微组织、外形尺寸和表面质量等，检查合格后入库。具体检验项目和标准如下：

一、化学成分

1.钢的牌号及化学成分(熔炼分析)应符合表1规定

表1--化学成分(wt.％)

钢种

C

Si

Mn

Cr

Mo

V

P

S

DIEMAX

0.35-0.39

0.10-0.30

0.30-0.60

4.80-5.10

2.30-2.50

0.50-0.70

≤0.010

≤0.002

2.成品钢材或坯的化学成分偏差应符合GB/T 222相应规定，残余元素及气体含量应符合表2规定

表2--残余元素(wt.％)及气体含量(ppm)

二、交货状态及退火硬度

钢材以球化退火状态交货，退火前需进行高温均质化+组织细微化处理，退火硬度值≤200HB。

三、显微纯净度

每一熔炉号在相当于钢锭头部或在低倍试片上切取，GB/T 10561标准验收，检验结果应符合表3规定。

表3夹杂物评定级别

四、超声波探伤

交货钢材要求全部探伤以保证质量，按照SEP1921标准要求E/e执行，其结果不得有白点、裂纹、缩孔、气泡、夹杂等缺陷存在。

五、冲击韧性

无缺口试样冲击实验按NADCA#207-90执行，取样方法及加工要求按标准规定执行。试样最终尺寸：7mm×10mm×55mm，并磨光，注意保证7mm×10mm平面与钢棒轴向平行(或与方钢长度方向平行)，试样55mm方向为方钢厚度方向。

两种试样之冲击功指标应符合表4规定。

表4

六、晶粒度

晶粒度测试按GB/T 6394执行，采用直接淬火法，在保护性介质中(若采用非保护性介质，试样应适当留有加工余量)1030℃下奥氏体化，保温30min，中等或快速淬火，然后在不低于590℃回火，使硬度达到使用态硬度范围。晶粒度等级采用比较法获得，晶粒度≥7级合格。

七、带状组织

带状组织取样部位为心部，取样方法及加工要求同“显微纯净度”，观察面与钢锭轴向平行(或与长度方向平行)，按金相样步骤制备，腐蚀剂为4％的硝酸酒精。检测时放大倍数为50×，退火组织按照NADCA#207-2006带状偏析标准图谱执行(SB1-SB4为合格)。

八、液析碳化物

在带状组织试样上观察液析碳化物，原则上整个观察面应观察不到液析碳化物，若存在液析碳化物，其尺寸不大于5μm视为合格。

九、退火组织

退火组织取样方法及加工要求同“显微纯净度”，观察面与钢锭轴向平行(或与长度方向平行，即为纵向组织)，与“显微纯净度”取样部位和方向相同，检测时放大倍数为500×，按NADCA#207-2006退火显微组织标准图谱检验比照，退火组织不高于AS5，超过AS5须重新处理。

十、尺寸、外形和表面质量

1.尺寸允许偏差：长度≥2500mm，厚度100-200mm、0/+6，200-400mm、0/+10；宽度500-800mm、0/+20，800-1000mm、0/+25

2.外形允许偏差：1)圆角：厚度或宽度≤300mm的钢材、棱角处圆角应R≤5，厚度或宽度＞300mm的钢材、棱角处圆角应R≤10。2)弯曲度：≤5mm/M，总弯曲度3‰/L。3)两端面：锯切平直，锯斜度最大不得超过5mm。4)其它：钢材不允许有明显扭转，钢材侧面和平面须基本垂直、不允许成平行四边形。

3.表面质量：表面裂纹、折叠、结疤、夹杂等缺陷应清除，氧化皮清除干净。

高性能压铸模具钢DIEMAX已推广应用多时、材料使用效果稳定良好。根据材料的检验测试情况、综合市场和客户的使用反馈及相关鉴定，现将DIEMAX与和1.2344ESR两种材料的主要性能指标对比说明如下：

*注：上表从机械强度起的所有性能项目均为压铸模具钢经过正确淬硬热处理后的典型数据指标或状况。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种高性能压铸模具钢DIEMAX，其成份特征在于：所述的模具钢包含以下重量百分比原料：C 0.35-0.39；Si 0.10-0.30；Mn 0.30-0.60；Cr 4.80-5.10；Mo 2.30-2.50；V0.50-0.70；其余为Fe及不可避免的残余元素和杂质。

2.一种高性能压铸模具钢DIEMAX的制备方法步骤如下：

步骤一、将所甄选配置的原料置于高等级电弧炉内熔炼、熔炼温度为1520-1550℃、冶炼时间为250-300分钟，取样检测铁水成份基本达标后再转入LF炉进行钢包精炼70-90分钟、过程中再对成份进行进行必要的微调，随后在VD真空脱气炉中进行真空脱气30-50分钟。通过精炼后在真空条件下浇注钢锭，钢锭冷却后以820-850℃进行退火去应力处理，如此完成钢锭(电极坯)的制作。

步骤二、将步骤一的电极坯放置到带有保护气氛的电渣重熔炉中进行电渣重熔处理，完成重熔后需再将钢锭以820-850℃进行退火处理以消除应力。

步骤三、将经电渣重熔的钢锭加热到1200-1250℃保温300-350分钟，完成材料的高温均质化处理。

步骤四、将完成高温均质化的钢锭缓冷降温至材料的锻造温度1000-1050℃，选用锻造吨位适合的锻压机，以超大锻造比(不小于6)进行反复钝拔锻造(不少于三镦三拔)，之后将锻件以820-850℃进行完全退火处理。

步骤五、对步骤四的锻件用加热至材料的固溶温度1050-1100℃，保温200-300分钟；之后将锻件缓冷至约850-870℃进行球化退火处理，完成锻件的组织细微化处理，获得模具钢成品。

步骤六、对步骤五的模具钢成品实施全面的检验检测，包括化学成分、显微纯净度、超声波探伤、冲击韧性、晶粒度、带状组织、退火显微组织、液析碳化物等，检验合格后入库。