CN111218610B - 一种铝、镁合金压铸模具专用材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝、镁合金压铸模具专用材料，按照质量百分比由以下原料组分构成：C 3.2％～3.9％，Si 1.8％～2.8％，Mn 0.1％～0.2％，Cr 1.0％～2.5％，Ni 0.5％～1.5％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cu≤0.8％，其他合金元素≤1.0％，余量为Fe，以上各原料含量的总和应为100％。本发明还公开了该材料的制备方法：(1)按以上质量百分比称取并融化原料；(2)加入孕育剂和球化剂；(3)浇注得铸件；(4)将铸件保温后盐浴。本发明的有益效果：制备的铝、镁合金压铸模具专用材料具有良好的硬度、淬透性、热导率以及热疲劳性，提高模具寿命。

Description

一种铝、镁合金压铸模具专用材料及其制备方法
技术领域
本发明属于压铸模具材料技术领域，具体涉及一种铝、镁合金压铸模具专用材料，本发明还涉及上述铝、镁合金压铸模具专用材料的制备方法。
背景技术
近20年来，由轻量化制造催生的铝、镁合金压铸成型技术发展迅猛。据不完全统计，国内已有压铸制造企业15000余家，其中自有20台以上压铸机企业890家、10-19台压铸机企业1930家，市场上运行的压铸机保有量超过10万台，压铸模具钢消耗超过10万吨/年，中国已成为全球最大的压铸制造市场。
虽然压铸产业发展迅速，但铝、镁合金压铸模具选材仍沿用着为满足钢件锻造等压力加工使役设计的、以承受冲击载荷为主的高Cr热作模具钢，如4Cr5MoSiV1，3Cr3Mo3W2V钢等。此类模具钢不仅成本高，且未考虑铝、镁熔体对模具的粘着熔损特点，致使高价模具早期失效，严重制约着铝、镁合金压铸产品的发展。
铝、镁合金压铸模具在连续生产过程中会长时间处于一定温度作用下，应持续保持其高硬度，而且应不粘模及不产生氧化皮。因此，模具应具有良好的抗氧化性与回火稳定性。同时，随着压铸机的大型化，压铸压力也在增大，已从低压的20～30MPa，提高到高压150～500MPa。高温高压浇铸时，铝、镁合金压铸模具表面反复受到高温加热与冷却，不断膨胀、收缩，产生交变热应力，此应力超过模具材料的弹性极限时，就发生反复的塑性变形，引起热疲劳，此外，铝、镁合金压铸模具受到熔融金属注入时的高温、高压和热应力作用，容易发生变形，甚至开裂，并可产生明显的熔融损伤。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝、镁合金压铸模具专用材料，解决了现有技术中存在的铝、镁合金压铸模具材料寿命短的问题。
本发明的另一目的是提供上述铝、镁合金压铸模具专用材料的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，一种铝、镁合金压铸模具专用材料，按照质量百分比由以下原料组分构成：C 3.2％～3.9％，Si 1.8％～2.8％，Mn 0.1％～0.2％，Cr 1.0％～2.5％，Ni 0.5％～1.5％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cu≤0.8％，其他合金元素≤1.0％，余量为Fe，以上各原料含量的总和应为100％。
本发明的特点还在于：
C来自增碳生铁、Si来自硅铁、Cr来自铬铁、Mn来自锰铁、Ni来自镍铁、Fe来自生铁。
本发明所采用的另一种技术方案是，一种铝、镁合金压铸模具专用材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按照铝、镁合金压铸模具专用材料质量百分比C 3.2％～3.9％、Si 1.8％～2.8％、Mn 0.1％～0.2％、Cr 1.0％～2.5％、Ni 0.5％～1.5％、余量为Fe，称取原料增碳生铁、硅铁、铬铁、锰铁、镍铁、生铁，并将称取的原材料在感应炉中高温融化得第一液体；
步骤2、向第一液体中加入孕育剂和球化剂得第二液体；
步骤3、将第二液体浇注入预热的水平连铸炉的炉膛，采用水平连铸方法得铸件；
步骤4、将铸件置于马弗炉中保温后取出淬入盐浴并保温，得铝、镁合金压铸模具专用材料。
本发明另一技术方案的特点还在于：
步骤2中：孕育剂为硅铁，其添加量为第一液体质量的1.1％～1.5％，球化剂为稀土镁，其添加量为第一液体质量的1.0％～1.8％。
步骤4中：铸件在马弗炉中保温温度为800℃～1100℃，时间1～2h。
步骤4中：铸件盐浴温度200℃～400℃，盐浴时间1h～5h.
步骤4中：铸件从马弗炉取出到进入盐浴的间隔时间不大于30s。
本发明的有益效果是：(1)该铝、镁合金压铸模具材料中高密度球墨的存在提高了导热系数(至少是高铬系热作模具钢的2倍)易于热量的消散，并且有效降低了摩擦系数，利于成型后铝、镁压铸件的脱模；(2)该铝、镁合金压铸模具材料中亚微米尺度相以及过饱和高碳相保证了结构强度(硬度不低于45HRC)；(3)该铝、镁合金压铸模具材料中双相的立方晶体结构基体延缓了热疲劳裂纹萌生，提高模具寿命；(4)该铝、镁合金压铸模具材料中高Si含量避免了熔体对压铸模具的粘着熔损，提高模具使用寿命；该铝、镁合金用压铸模具材料中Cr和Ni的添加保证了材料的淬透性以及热疲劳寿命。
附图说明
图1是本发明一种铝、镁合金压铸模具专用材料及其制备方法实施例1中制备的铸铁材料中球墨分布状态的显微组织照片图；
图2是本发明一种铝、镁合金压铸模具专用材料及其制备方法实施例2中制备的铝、镁合金压铸模具材料的显微组织照片图；
图3是本发明一种铝、镁合金压铸模具专用材料及其制备方法实施例1～5制备的铝、镁合金压铸模具材料的硬度图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种铝、镁合金压铸模具专用材料，按照质量百分比由以下原料组分构成：
C 3.2％～3.9％，Si 1.8％～2.8％，Mn 0.1％～0.2％，Cr 1.0％～2.5％，Ni0.5％～1.5％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cu≤0.8％，其他合金元素≤1.0％，余量为Fe，以上各原料含量的总和应为100％。
其中，C来自增碳生铁、Si来自硅铁、Cr来自铬铁、Mn来自锰铁、Ni来自镍铁、Fe来自生铁。
本发明的一种铝、镁合金压铸模具专用材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按照铝、镁合金压铸模具专用材料质量百分比C 3.2％～3.9％、Si 1.8％～2.8％、Mn 0.1％～0.2％、Cr 1.0％～2.5％、Ni 0.5％～1.5％、余量为Fe，称取原料增碳生铁、硅铁、铬铁、锰铁、镍铁、生铁，并将称取的原材料在感应炉中高温融化得第一液体；
步骤2、向第一液体中加入孕育剂和球化剂得第二液体；
其中，孕育剂的添加量为第一液体质量的1.1％-1.5％，球化剂的添加量为第一液体质量的1.0％-1.8％，加入球化剂和孕育剂的目的是为了促进石墨化，减少白口倾向，改善石墨形态和分布状况，获得球形石墨。
步骤3、将第二液体浇注入预热的水平连铸炉的炉膛，采用水平连铸方法得铸件。
步骤4、将铸件置于马弗炉中保温后取出淬入盐浴并保温，得铝、镁合金压铸模具材料。
其中，铸件在马弗炉中保温温度为800℃～1100℃，时间1～2h；其目的是获得碳元素分布均匀且超高碳含量的均一奥氏体组织；
铸件盐浴温度200℃～400℃，盐浴时间1h～5h，其目的是为了获得纳米级α相和高碳γ相；
铸件从马弗炉取出到进入盐浴的间隔时间不大于30s，目的是为了防止固溶在γ相中的碳析出。
实施例1
一种铝、镁合金压铸模具专用材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按照铝、镁合金压铸模具专用材料质量百分比C 3.2％、Si 1.8％、Mn0.1％、Cr 1.0％、Ni 0.5％、余量为Fe，称取原料增碳生铁、硅铁、铬铁、锰铁、镍铁、生铁，并将称取的原材料在感应炉中高温融化得第一液体；
步骤2、向第一液体中加入孕育剂和球化剂得第二液体；
其中，孕育剂为硅铁，添加量为第一液体质量的1.1％；球化剂为稀土镁，添加量为第一液体质量的1.0％。
步骤3、将第二液体浇注入预热的水平连铸炉的炉膛，采用水平连铸方法得铸件。
步骤4、将铸件置于马弗炉中保温后取出淬入盐浴并保温，得铝、镁合金压铸模具材料。
其中，铸件在马弗炉中保温温度为800℃，时间1h；盐浴温度200℃，盐浴时间1h；铸件从马弗炉取出到进入盐浴的间隔时间不大于20s。
实施例2
一种铝、镁合金压铸模具专用材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按照铝、镁合金压铸模具专用材料质量百分比C 3.9％、Si 2.8％、Mn0.2％、Cr 2.5％、Ni 1.5％、余量为Fe，称取原料增碳生铁、硅铁、铬铁、锰铁、镍铁、生铁，并将称取的原材料在感应炉中高温融化得第一液体；
步骤2、向第一液体中加入孕育剂和球化剂得第二液体；
其中，孕育剂为硅铁，添加量为第一液体质量的1.5％；球化剂为稀土镁，添加量为第一液体质量的1.8％。
步骤3、将第二液体浇注入预热的水平连铸炉的炉膛，采用水平连铸方法得铸件。
步骤4、将铸件置于马弗炉中保温后取出淬入盐浴并保温，得铝、镁合金压铸模具材料。
其中，铸件在马弗炉中保温温度为1100℃，时间2h；盐浴温度400℃，盐浴时间5h；铸件从马弗炉取出到进入盐浴的间隔时间不大于20s。
实施例3
一种铝、镁合金压铸模具专用材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按照铝、镁合金压铸模具专用材料质量百分比C 3.6％、Si 2.4％、Mn0.15％、Cr 1.5％、Ni 1.0％、余量为Fe，称取原料增碳生铁、硅铁、铬铁、锰铁、镍铁、生铁，并将称取的原材料在感应炉中高温融化得第一液体；
步骤2、向第一液体中加入孕育剂和球化剂得第二液体；
其中，孕育剂为硅铁，添加量为第一液体质量的1.3％；球化剂为稀土镁，添加量为第一液体质量的1.5％。
步骤3、将第二液体浇注入预热的水平连铸炉的炉膛，采用水平连铸方法得铸件。
步骤4、将铸件置于马弗炉中保温后取出淬入盐浴并保温，得铝、镁合金压铸模具材料。
其中，铸件在马弗炉中保温温度为900℃，时间1.5h；盐浴温度300℃，盐浴时间2h；铸件从马弗炉取出到进入盐浴的间隔时间不大于20s。
实施例4
一种铝、镁合金压铸模具专用材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按照铝、镁合金压铸模具专用材料质量百分比C 3.4％、Si 2.0％、Mn0.12％、Cr 2.0％、Ni 1.0％、余量为Fe，称取原料增碳生铁、硅铁、铬铁、锰铁、镍铁、生铁，并将称取的原材料在感应炉中高温融化得第一液体；
步骤2、向第一液体中加入孕育剂和球化剂得第二液体；
其中，孕育剂为硅铁，添加量为第一液体质量的1.4％；球化剂为稀土镁，添加量为第一液体质量的1.3％。
步骤3、将第二液体浇注入预热的水平连铸炉的炉膛，采用水平连铸方法得铸件。
步骤4、将铸件置于马弗炉中保温后取出淬入盐浴并保温，得铝、镁合金压铸模具材料。
其中，铸件在马弗炉中保温温度为1000℃，时间1.5h；盐浴温度300℃，盐浴时间4h；铸件从马弗炉取出到进入盐浴的间隔时间不大于20s。
实施例5
一种铝、镁合金压铸模具专用材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按照铝、镁合金压铸模具专用材料质量百分比C 3.6％、Si 2.6％、Mn0.18％、Cr 2.2％、Ni 1.2％、余量为Fe，称取原料增碳生铁、硅铁、铬铁、锰铁、镍铁、生铁，并将称取的原材料在感应炉中高温融化得第一液体；
步骤2、向第一液体中加入孕育剂和球化剂得第二液体；
其中，孕育剂为硅铁，添加量为第一液体质量的1.4％；球化剂为稀土镁，添加量为第一液体质量的1.6％。
步骤3、将第二液体浇注入预热的水平连铸炉的炉膛，采用水平连铸方法得铸件。
步骤4、将铸件置于马弗炉中保温后取出淬入盐浴并保温，得铝、镁合金压铸模具材料。
其中，铸件在马弗炉中保温温度为950℃，时间1.5h；盐浴温度200℃，盐浴时间2h；铸件从马弗炉取出到进入盐浴的间隔时间不大于20s。
如图1所示，实施例1获得的铸铁球墨分布状态的显微组织图，可以得到球化率不小于80％；如图2所示，实施例2获得的经热处理后的铝、镁合金模具专用材料的显微组织图，可以看出该材料基体为亚微米级α相和高碳γ相；如图3所示，为实施例1～5所得到的铝、镁合金模具专用材料的显微洛氏硬度值，可以得到本发明所制备的铝、镁合金模具材料的硬度值不低于45HRC。

Claims (2)

1.一种铝、镁合金压铸模具专用材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按照铝、镁合金压铸模具专用材料质量百分比C 3.2％～3.9％、Si 1.8％～2.8％、Mn 0.1％～0.2％、Cr 1.0％～2.5％、Ni 0.5％～1.5％、余量为Fe，称取原料增碳生铁、硅铁、铬铁、锰铁、镍铁、生铁，并将称取的原材料在感应炉中高温融化得第一液体；
步骤2、向第一液体中加入孕育剂和球化剂得第二液体；
孕育剂为硅铁，添加量为第一液体质量的1.1％～1.5％；球化剂为稀土镁，添加量为第一液体质量的1.0％～1.8％；
步骤3、将第二液体浇注入预热的水平连铸炉的炉膛，采用水平连铸方法得铸件；
步骤4、将铸件置于马弗炉中保温后取出淬入盐浴并保温，得铝、镁合金压铸模具专用材料；
铸件在马弗炉中保温温度为800℃～1100℃，时间1～2h；铸件盐浴温度200℃～400℃，盐浴时间1h～5h。
2.根据权利要求1所述的一种铝、镁合金压铸模具专用材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4中：铸件从马弗炉取出到进入盐浴的间隔时间不大于30s。
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