CN110565009B - 一种合金化的预硬性塑料模具钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属材料成分设计与热处理领域，一种合金化的预硬性塑料模具钢(HSTPM)及其制备方法。按照质量分数百分比，由以下组分及含量组成：C为0.18～0.25，Si为0.20～0.26，Mn为1.50～1.60，Cr为1.3～1.5，Ni为0.9～1.1，Mo为0.40～0.50，V为≤0.30，Ce和La的总量为≤0.02，P≤0.01，S≤0.005，其余为Fe元素，合计总量为100％。与常规的718H塑料模具钢比较，本发明HSTPM塑料模具钢降低C、Si、Cr含量，增加Mn、Mo的含量，同时添加新合金元素V、Ce和La，提高预硬性塑料模具钢的室温强度、韧性、硬度以及镜面抛光性等性能。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料成分设计与热处理领域，具体为一种合金化的预硬性塑料模具钢(HSTPM)及其制备方法。
背景技术
预硬性塑料模具钢因其加工后不需要再进行后续热处理，可避免由此引起模具的脱碳、开裂、变形等质量问题而被广泛应用，在模具钢市场上占据比较大的份额。常规718H预硬性塑料模具钢淬透性好，性能优异，主要用于制造大尺寸、长寿命、高档次的塑料模具。由于该钢的高使用性能要求，除了要保证极高的冶金质量之外，对其热轧和热处理生产工艺也必须严格控制，以获得均匀、稳定的显微组织和力学性能。
现阶段国内生产的预硬性718H塑料模具钢的硬度值需控制在32～38HRC范围内，且截面硬度之差小于3HRC。但随着工业技术的进步和产品性能要求的提高，常规718H模具钢在更高质量要求的模具产品的应用上往往难以满足市场需求，迫切需要开发一种新的预硬性塑料模具钢种以提高材料室温强度、韧性、硬度以及镜面抛光性等性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种合金化的预硬性塑料模具钢(HSTPM)及其制备方法，以提高预硬性塑料模具钢的室温强度、韧性、硬度以及镜面抛光性等性能。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种合金化的预硬性塑料模具钢，与常规的718H塑料模具钢比较，预硬性塑料模具钢降低C、Si、Cr含量，增加Mn、Mo的含量，同时添加新合金元素V、Ce和La，从而提高预硬性塑料模具钢的室温强度、韧性、硬度以及镜面抛光性能。
所述的合金化的预硬性塑料模具钢，按照质量分数百分比，常规的718H塑料模具钢标准化学成分，由以下组分及含量组成：C0.33，Si0.30，Mn1.40，Cr2.0，Ni0.9，Mo0.20，P≤0.01，S≤0.005，其余为Fe元素，合计总量为100％。
所述的合金化的预硬性塑料模具钢，按照质量分数百分比，由以下组分及含量组成：C0.18～0.25，Si0.20～0.26，Mn1.50～1.60，Cr1.3～1.5，Ni0.9～1.1，Mo0.40～0.50，V≤0.30，Ce和La的总量为≤0.02，P≤0.01，S≤0.005，其余为Fe元素，合计总量为100％。
所述的合金化的预硬性塑料模具钢，预硬性塑料模具钢中，V最优成分控制在为0.10～0.30％，Ce和La的总量最优控制在0.01～0.02％，P最优成分控制在为≤0.01％，S最优成分控制在为≤0.005％。
所述的合金化的预硬性塑料模具钢的制备方法，包括以下步骤：
A、冶炼：执行下面冶炼工艺：电弧炉或真空感应熔炼炉→真空脱气处理，保证钢水具有高的纯净度；在真空脱气后，溶解氧需低于5ppm，然后加入高纯稀土，稀土中氧含量控制在200ppm以下，其纯度在99.99wt％以上，最终满足预硬性塑料模具钢化学成分要求；
B、锻造：将符合成分要求的预硬性塑料模具钢钢锭，进行锻造，锻造温度控制在900～1200℃；
C、正火：锻后采用正火处理，加热温度选取870±20℃，经保温1～5h后空冷，进行组织正火超细化处理；
D、淬火及回火：将经过正火超细化处理的试样以80～120℃/h的升温速率升温至860±20℃，保温1～5h后，水空交替冷却至室温，水温控制在20～30℃；其中，水空交替冷却的含义是：空冷和水冷分别按1～10min交替进行；回火温度采用560～600℃，保温2～5h；冷却至室温；
以上为保证晶粒细化及硬度均匀，正火处理与淬火处理的次数不低于2次。
所述的合金化的预硬性塑料模具钢的制备方法，预硬性塑料模具钢的标准U型冲击试样尺寸为10mm×10mm×55mm，拉伸试样尺寸参照国标GB228-2002，每个硬度测试试样选取10个点进行平均洛氏硬度测试。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明提出的预硬性塑料模具钢的化学成分配方，材料命名为HSTPM，与现有的常规718H塑料模具钢比较，HSTPM模具钢降低C、Si、Cr含量，增加Mn、Mo的含量，同时添加新合金元素V、Ce和La，从而提高预硬性塑料模具钢的室温强度、韧性、硬度以及镜面抛光性等性能。
2、本发明的HSTPM塑料模具钢经锻造后正火及高温调质处理后室温强度、韧性、硬度均明显高于常规718H模具钢，可用在重大关键塑料模具上。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明提出的一种合金化的预硬性塑料模具钢(HSTPM)，与常规的718H塑料模具钢比较，HSTPM模具钢降低C、Si、Cr含量，增加Mn、Mo的含量，同时添加新合金元素V、Ce和La，提高预硬性塑料模具钢的室温强度、韧性、硬度以及镜面抛光性等性能。从而，通过C、Si、Cr、Mn、Mo、V、Ce和La等元素含量调配，了解元素含量与材料室温强度、韧性、硬度之间的关系，通过微量元素V、Ce和La的调配达到细化晶粒和深度脱氧的作用。
上述合金化的预硬性塑料模具钢(HSTPM)的制备方法，包括以下步骤：
A、冶炼：执行下面冶炼工艺：电弧炉(或真空感应熔炼炉)→真空脱气处理，保证钢水具有高的纯净度。在真空脱气后，溶解氧需低于5ppm，然后加入高纯稀土(稀土中氧含量控制在200ppm以下，其纯度在99.99wt％以上)，最终满足预硬性塑料模具钢(HSTPM)化学成分要求；
B、锻造：将符合成分要求的预硬性塑料模具钢钢锭，进行锻造，锻造温度控制在900～1200℃；
C、正火：锻后采用正火处理，加热温度选取870±20℃，经保温1～5h后空冷，进行组织正火超细化处理；
D、淬火及回火：将经过正火超细化处理的试样以80～120℃/h的升温速率升温至860±20℃，保温1～5h后水空交替冷却至室温，水温控制在20～30℃；其中，水空交替冷却的含义是：空冷和水冷分别按1～10min交替进行。回火温度采用560～600℃，保温2～5h，冷却至室温。以上为保证晶粒细化及硬度均匀，正火处理与淬火处理的次数不低于2次。在进行性能测试时，采用标准U型冲击试样尺寸为10mm×10mm×55mm，拉伸试样尺寸参照国标GB228-2002，每个硬度测试试样选取10个点进行平均洛氏硬度测试。
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1
本实施例中，确定一种合金化的预硬性塑料模具钢(HSTPM)，按照质量分数百分比，由以下组分及含量组成：C0.18，Si0.21，Mn1.53，Cr1.35，Ni1.02，Mo0.40，V0.12，Ce和La的总量为0.012，P0.007，S0.003，其余为Fe元素，合计总量为100％。
按照上述化学成分质量配比进行配料，利用25kg真空感应熔炼炉冶炼成钢锭。随后将所得钢锭以50℃/h的加热速度升温至1180～1200℃并透烧完全后始锻，终锻温度900℃。将需要热处理的钢材粗加工成标准U型冲击试样、拉伸试样，分割后的钢材以100℃/h的升温速率加热至870℃，保温2h并空冷至室温，进行组织超细化处理；随后以同等加热速率加热至860℃，保温1h后水空交替冷至室温，水温是25℃；然后在560℃回火保温2h，冷却至室温；将回火后的试样分别精加工成标准的U型冲击试样和标准拉伸试样，在室温下检测冲击值、拉伸值和硬度值，并对比HSTPM模具钢与常规718H模具钢的性能差异(见表1和表2)。
表1本实施例HSTPM模具钢的性能结果
表2 718H模具钢的性能结果
实施例2
本实施例中，确定一种合金化的预硬性塑料模具钢(HSTPM)，按照质量分数百分比，由以下组分及含量组成：C0.25，Si0.25，Mn1.58，Cr1.48，Ni1.06，Mo0.46，V0.18，Ce和La的总量为0.017，P0.008，S0.004，其余为Fe元素，合计总量为100％。
按照上述化学成分质量配比进行配料，利用25kg真空感应熔炼炉冶炼成钢锭。随后将所得钢锭以50℃/h的加热速度升温至1180～1200℃并透烧完全后始锻，终锻温度900℃。将需要热处理的钢材粗加工成标准U型冲击试样、拉伸试样，分割后的钢材以100℃/h的升温速率加热至870℃，保温2h并空冷至室温，进行组织超细化处理；随后以同等加热速率加热至860℃，保温1h后水空交替冷至室温，水温是25℃；然后在600℃回火保温2h，冷却至室温；将回火后的试样分别精加工成标准的U型冲击试样和标准拉伸试样，并对比HSTPM模具钢与常规718H模具钢的性能差异(见表3和表4)。
表3本实施例HSTPM模具钢的性能结果
表4 718H模具钢的性能结果
实施例结果表明，本实施例确定一种合金化的预硬性塑料模具钢(HSTPM)，通过上述方式，在同样回火温度条件下，能够得到比常规718H预硬性塑料模具钢更高的室温强度、韧性及硬度等性能，而高的硬度往往会得到更好的镜面抛光性，所以HSTPM预硬性塑料模具钢可用于重大关键塑料模具上。
Claims (3)
1.一种合金化的预硬性塑料模具钢，其特征在于，与常规的718H塑料模具钢比较，预硬性塑料模具钢降低C、Si、Cr含量，增加Mn、Mo的含量，同时添加新合金元素V、Ce和La；
按照质量分数百分比，由以下组分及含量组成：C0.18～0.25，Si0.20～0.26，Mn1.50～1.60，Cr1.3～1.5，Ni0.9～1.1，Mo0.40～0.50，0.12≤V≤0.30，0.01≤Ce和La的总量≤0.02，P≤0.01，S≤0.005，其余为Fe元素，合计总量为100％；
所述的合金化的预硬性塑料模具钢的制备方法，包括以下步骤：
A、冶炼：执行下面冶炼工艺：电弧炉或真空感应熔炼炉→真空脱气处理，保证钢水具有高的纯净度；在真空脱气后，溶解氧需低于5ppm，然后加入高纯稀土，稀土中氧含量控制在200ppm以下，其纯度在99.99wt％以上，最终满足预硬性塑料模具钢化学成分要求；
B、锻造：将符合成分要求的预硬性塑料模具钢钢锭，进行锻造，锻造温度控制在900～1200℃；
C、正火：锻后采用正火处理，加热温度选取870±20℃，经保温1～5h后空冷，进行组织正火超细化处理；
D、淬火及回火：将经过正火超细化处理的试样以80～120℃/h的升温速率升温至860±20℃，保温1～5h后，水空交替冷却至室温，水温控制在20～30℃；其中，水空交替冷却的含义是：空冷和水冷分别按1～10min交替进行；回火温度采用560～600℃，保温2～5h；冷却至室温；
正火处理与淬火处理的次数不低于2次。
2.根据权利要求1所述的合金化的预硬性塑料模具钢，其特征在于，按照质量分数百分比，常规的718H塑料模具钢标准化学成分，由以下组分及含量组成：C0.33，Si0.30，Mn1.40，Cr2.0，Ni0.9，Mo0.20，P≤0.01，S≤0.005，其余为Fe元素，合计总量为100％。
3.根据权利要求1所述的合金化的预硬性塑料模具钢，其特征在于，预硬性塑料模具钢的标准U型冲击试样尺寸为10mm×10mm×55mm，拉伸试样尺寸参照国标GB228-2002，每个硬度测试试样选取10个点进行平均洛氏硬度测试。
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| EP0709481A1 (fr) * | 1994-10-31 | 1996-05-01 | CREUSOT LOIRE INDUSTRIE (Société Anonyme) | Acier faiblement allié pour la fabrication de moules pour matières plastiques ou pour caoutchouc |
| CN106086691A (zh) * | 2016-05-13 | 2016-11-09 | 如皋市宏茂重型锻压有限公司 | 一种硼微合金化模具钢及其制备工艺 |
| CN107287400A (zh) * | 2016-08-05 | 2017-10-24 | 中国科学院金属研究所 | 一种确定718h预硬性塑料模具钢回火温度的方法 |
| CN107587081A (zh) * | 2017-09-15 | 2018-01-16 | 张家港市广大机械锻造有限公司 | 一种高抛光预硬化模具钢及其制备工艺 |
-
2018
- 2018-06-06 CN CN201810573543.0A patent/CN110565009B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1654370A1 (ru) * | 1989-06-29 | 1991-06-07 | Научно-Производственное Объединение Технологии Автомобильной Промышленности | Лита штампова сталь |
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| Publication number | Publication date |
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| CN110565009A (zh) | 2019-12-13 |
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