CN112708802A - 一种工模具用耐高温材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种工模具用耐高温材料，包括以下组分：C：0.08~0.10%；Cr：17.0~21.0%；Mo：2.8~3.3%；Al：0.5~0.9%；Ti：0.9～1.3%；Ni：45~52%：Nb+Ta：4.5~4.9%；余量为Fe，其制备方法步骤为：1）采用真空感应熔炼+电渣重熔的两联冶炼工艺冶炼高温合金铸锭，化学成分质量百分比为：C 0.08~0.10%，Cr 17.0~21.0%，Mo 2.8~3.3%，Al 0.5~0.9%，Ti 0.9～1.3%，Ni 45~52%，Nb+Ta 4.5~4.9%，余量为Fe;2）高温均匀化热处理;3）开坯锻造，2~3火次镦拔连续回炉锻造，每一火次变形量50%~70%，锻后空冷；4）2~3火次拔长成型，每火次变形量20%~45%，锻后水冷；5）固溶热处理和时效热处理，获得工模具用耐高温材料；本发明采用真空感应熔炼+电渣重熔冶炼、自由锻技术的工模具材料，工艺简单易行，满足现有大型锻压机对工模具的要求。
Description
技术领域
本发明属于属有色金属加工技术领域，具体涉及一种工模具用耐高温材料及其制备方法。
背景技术
锻造厂常用快锻机和径锻机进行物料成型，快锻机的锤砧、径锻机的锤头等工模具材料在锻造过程中均承受巨大的打击力。
近几年，伴随着国内合金坯料规格的逐渐加大，合金强度的逐级提高，不仅对锻压机的锻造能力提出了更高要求，而且对工装模具的承力能力要求提高；其次，随着近年来对合金坯料性能一致性的严格要求，原材料厂和锻件厂已着手提高坯料的终锻温度，最直接的可以提高终锻温度的方法就是增加工模具预热，这使得工装模具长时间承受450℃～750℃的高温，短时承受温度可达到1000℃。随着使用温度的提高，又对抗氧化性能提出了高的要求。综合以上分析，要求工模具材料具体耐高温、承力性强、高温抗氧化良好的条件。
目前国内外多使用耐热钢做锻机用工模具材料，根据国内“一种奥氏体耐热钢及其热处理工艺”(CN201610829406)专利技术，该耐热钢室温硬度180HV以上，750℃以下耐腐蚀良好，是一种比较实用的工模具材料。但合金硬度偏低，700℃～1000℃的抗氧化性能无法保证，在450℃以上长期高温下工作容易短时失效，已不能满足现有锻压机对工模具材料的要求；
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种工模具用耐高温材料及其制备方法，解决了现有锻压机面临的工模具材料使用性差的问题，具有使用性能良好、工艺简单易行的特点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种工模具用耐高温材料，按重量百分比，包括以下组分：
C：0.08～0.10％；Cr：17.0～21.0％；Mo：2.8～3.3％；Al：0.5～0.9％；Ti：0.9～1.3％；Ni：45～52％：Nb+Ta：4.5～4.9％；余量为Fe。
一种工模具用耐高温材料的制备方法，包括以下步骤：
1)采用真空感应熔炼+电渣重熔的两联冶炼工艺冶炼铸锭，铸锭直径为480mm～600mm，铸锭的成分重量百分比为：C：0.08～0.10％；Cr：17.0～21.0％；Mo：2.8～3.3％；Al：0.5～0.9％； Ti：0.9～1.3％；Ni：45～52％：Nb+Ta：4.5～4.9％；余量为Fe；
2)铸锭在天然气炉进行高温均匀化热处理；
3)经过均匀化热处理的坯料在80MN快锻机进行2～3火次镦拔开坯锻造，开坯锻造为连续回炉，每一火次变形量50％～70％；
4)镦拔完成后的坯料在80MN快锻机上进行2～3火次拔长成型，每火次变形量20％～45％；
5)成型后的坯料进行固溶热处理和时效热处理。
所述步骤2)所述的高温均匀化热处理，具体包括：
炉温升温至700℃～750℃后物料入炉，保温系数为0.6mm/min，随后快速升温至1000℃～ 1050℃，保温系数为0.6mm/min，随后快速升温至1140℃～1160℃，保温时间12h～20h，随后快速升温至1180℃～1200℃，保温时间为≥36h，随后空冷。
所述步骤3)还包括：
冷料装炉加热至650℃，保温系数为0.6min/mm，快速升温至1050℃～1080℃，保温系数为0.6min/mm，热料回炉保温系数为0.3min/mm，锻造完成后空冷。
所述步骤4)还包括：
冷料装炉加热至800℃，保温系数为0.6min/mm，随后以5℃～10℃/min的加热速度升温至1020℃～1040℃，保温系数为0.6min/mm，热料回炉保温系数为0.3min/mm，锻造完成后水冷。
所述步骤5)所述的固溶热处理和时效热处理，具体包括：
固溶热处理：炉温升温至960℃～990℃后物料入炉，保温系数为0.8mm/min+1h，随后快速水冷；
时效热处理：炉温升温至680℃～700℃后物料入炉，保温系数为0.8mm/min+12h，随后快速水冷。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：
本发明充分考虑了国内锻压机的发展趋势，提出了一种750℃下承受应力1000MPa以上的耐磨性好、抗氧化能力强的合金，该合金在750℃及以下可以长时间使用，高温下组织、性能稳定，短时使用温度可达到1000℃。
1)采用真空感应熔炼+电渣重熔的两联冶炼工艺冶炼铸锭，铸锭偏析轻，节约生产成本；
2)采用自由锻锻造过程控制，将工模具材料的组织控制在8级晶粒度水平，材料组织均匀性好，长时间使用性能稳定；
3)满足大型锻压机对工模具材料的要求，750℃及以下强度高，耐磨性好，1000℃及以下抗氧化性能良好，长期使用下效果良好。
4)本发明制备的高温材料，室温硬度≥440HBW，650℃硬度检测值≥350HBW。本发明的材料适用于锻机用锤砧工模具；采用本发明熔炼并锻造工模具材料的制备方法，实现材料高的室温硬度和高温硬度，抗氧化性能良好。
附图说明
图1为实施例1材料开坯后的高倍组织图。
图2为实施例1材料使用前热处理态高倍组织图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
一种工模具用耐高温材料，按重量百分比，包括以下组分：
C：0.08～0.10％；Cr：17.0～21.0％；Mo：2.8～3.3％；Al：0.5～0.9％；Ti：0.9～1.3％；Ni： 45～52％：Nb+Ta：4.5～4.9％；余量为Fe。
一种工模具用耐高温材料的制备方法，包括以下步骤：
1)采用真空感应熔炼+电渣重熔的两联冶炼工艺冶炼铸锭，铸锭直径为480mm～600mm，铸锭的成分重量百分比为：C：0.08～0.10％；Cr：17.0～21.0％；Mo：2.8～3.3％；Al：0.5～0.9％； Ti：0.9～1.3％；Ni：45～52％：Nb+Ta：4.5～4.9％；余量为Fe；
2)铸锭在天然气炉进行高温均匀化热处理；
3)经过均匀化热处理的坯料在80MN快锻机进行2～3火次镦拔开坯锻造，开坯锻造为连续回炉，每一火次变形量50％～70％；
4)镦拔完成后的坯料在80MN快锻机上进行2～3火次拔长成型，每火次变形量20％～45％；
5)成型后的坯料进行固溶热处理和时效热处理。
所述步骤2)所述的高温均匀化热处理，具体包括：
炉温升温至700℃～750℃后物料入炉，保温系数为0.6mm/min，随后快速升温至1000℃～ 1050℃，保温系数为0.6mm/min，随后快速升温至1140℃～1160℃，保温时间12h～20h，随后快速升温至1180℃～1200℃，保温时间为≥36h，随后空冷。
所述步骤3)还包括：
冷料装炉加热至650℃，保温系数为0.6min/mm，快速升温至1050℃～1080℃，保温系数为0.6min/mm，热料回炉保温系数为0.3min/mm，锻造完成后空冷。
所述步骤4)还包括：
冷料装炉加热至800℃，保温系数为0.6min/mm，随后以5℃～10℃/min的加热速度升温至1020℃～1040℃，保温系数为0.6min/mm，热料回炉保温系数为0.3min/mm，锻造完成后水冷。
所述步骤5)所述的固溶热处理和时效热处理，具体包括：
固溶热处理：炉温升温至960℃～990℃后物料入炉，保温系数为0.8mm/min+1h，随后快速水冷；
时效热处理：炉温升温至680℃～700℃后物料入炉，保温系数为0.8mm/min+12h，随后快速水冷。
本发明实施例中高温拉伸试验采用GB/T 228.1国家标准于室温下进行。
本发明实施例中高温拉伸试验采用GB/T 228.2国家标准于750℃高温下保温20min后进行。
本发明实施例中布氏硬度测试采用GB/T 231.1国家标准分别于室温下、750℃高温下保温20min后进行。
实施例1
按设定成分冶炼铸锭，其成分按重量百分比含C：0.10％，Cr：20.0％，Mo：3.0％，Al： 0.8％，Ti：1.19％，Ni：52％，Nb+Ta：4.9％，余量为Fe。
采用真空感应熔炼+电渣重熔工艺冶炼的铸锭直径为600mm，铸锭在1080℃下开坯，开坯锻造共3火，变形设置如下：Φ600×1280→Φ850×640→Φ530×1290→Φ770×610，第1～3 火单火次变形量分别为50.0％、50％、53％。完成后空冷。
开坯后坯料在1040℃保温后进行3火次拔长变形，设置如下：Φ770×610→770×460×1020 →800×310×1460→800×230×1950，单火次变形量分别为40％、30％、25％，锻造完成后淬水冷却；
成型后的坯料进行固溶热处理和时效热处理。固溶热处理制度：990℃，保温240min，随后快速水冷；时效热处理制度：700℃保温900min，随后快速水冷。
成品棒材的晶粒度按GB/T 6394评级达到8级，具体性能参数见表1。
实施例2
按设定成分冶炼铸锭，其成分按重量百分比含C：0.08％，Cr：17.0％，Mo：3.3％，Al： 0.9％，Ti：1.3％，Ni：45％，Nb+Ta：4.5％，余量为Fe。
采用真空感应熔炼+电渣重熔工艺冶炼的铸锭直径为480mm，铸锭在1050℃下开坯，开坯锻造共2火，变形设置如下：Φ480×1340→Φ870×410→Φ540×830第1、2火单火次变形量分别为70％、51％。完成后空冷。
开坯后坯料在1020℃保温后进行2火次拔长变形，设置如下：Φ540×830→300×560×1440 →200×580×2080→150×600×2680，单火次变形量分别为42％、31％、22％完成后淬水冷却；
成型后的坯料进行固溶热处理和时效热处理。固溶热处理制度：960℃，保温180min，随后快速水冷；时效热处理制度：680℃保温840min，随后快速水冷。
成品棒材的晶粒度按GB/T 6394评级达到8级，具体性能参数见表1。
实施例3
按设定成分冶炼铸锭，其成分按重量百分比含C：0.09％，Cr：21.0％，Mo 2.8％，Al： 0.7％，Ti 0.9％，Ni 49％，Nb+Ta 4.7％，余量为Fe。
采用真空感应熔炼+电渣重熔工艺冶炼的铸锭直径为540mm，铸锭在1070℃下开坯，开坯锻造共2火，变形设置如下：Φ540×1060→Φ800×480→Φ480×1290第1、2火单火次变形量分别为54％、54％。完成后空冷。
开坯后坯料在1030℃保温后进行2火次镦拔变形，设置如下：Φ480×1290→ 290×800×1290→200×800×1870，单火次变形量分别为40％、31％完成后淬水冷却；
成型后的坯料进行固溶热处理和时效热处理。固溶热处理制度：970℃，保温220min，随后快速水冷；时效热处理制度：690℃保温880min，随后快速水冷。
成品棒材的晶粒度按GB/T 6394评级达到8级，具体性能参数见表1。
实施例4
按设定成分冶炼铸锭，其成分按重量百分比含C：0.08％，Cr：19.0％，Mo：3.05％，Al：0.5％，Ti：1.1％，Ni：45％，Nb+Ta：4.5％，余量为Fe。
采用真空感应熔炼+电渣重熔工艺冶炼的铸锭直径为480mm，铸锭在1050℃下开坯，开坯锻造共2火，变形设置如下：Φ480×1340→Φ870×410→Φ540×830第1、2火单火次变形量分别为70％、51％，完成后空冷。
开坯后坯料在1020℃保温后进行2火次拔长变形，设置如下：Φ540×830→300×560×1440 →200×580×2080→150×600×2680，单火次变形量分别为42％、31％、22％完成后淬水冷却；
成型后的坯料进行固溶热处理和时效热处理。固溶热处理制度：960℃，保温180min，随后快速水冷；时效热处理制度：680℃保温840min，随后快速水冷。
表1
Claims (6)
1.一种工模具用耐高温材料，按重量百分比，其特征在于，包括以下组分：
C：0.08~0.10%；Cr：17.0~21.0%；Mo：2.8~3.3%；Al：0.5~0.9%；Ti：0.9～1.3%；Ni：45~52%：Nb+Ta：4.5~4.9%；余量为Fe。
2.一种工模具用耐高温材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）采用真空感应熔炼+电渣重熔的两联冶炼工艺冶炼铸锭，铸锭直径为480mm~600mm，铸锭的成分重量百分比为：C：0.08~0.10%；Cr：17.0~21.0%；Mo：2.8~3.3%；Al：0.5~0.9%；Ti：0.9～1.3%；Ni：45~52%：Nb+Ta：4.5~4.9%；余量为Fe；
2）铸锭在天然气炉进行高温均匀化热处理；
3）经过均匀化热处理的坯料在80MN快锻机进行2~3火次镦拔开坯锻造，开坯锻造为连续回炉，每一火次变形量50%~70%；
4）镦拔完成后的坯料在80MN快锻机上进行2~3火次拔长成型，每火次变形量20%~45%；
5）成型后的坯料进行固溶热处理和时效热处理。
3.根据权利要求2所述的一种工模具用耐高温材料及其制备方法，其特征在于，所述步骤2）所述的高温均匀化热处理，具体包括：
炉温升温至700℃～750℃后物料入炉，保温系数为0.6mm/min，随后快速升温至1000℃～1050℃，保温系数为0.6mm/min，随后快速升温至1140℃～1160℃，保温时间12h～20h，随后快速升温至1180℃～1200℃，保温时间为≥36h，随后空冷。
4.根据权利要求2所述的一种工模具用耐高温材料及其制备方法，其特征在于，所述步骤3）还包括：
冷料装炉加热至650℃，保温系数为0.6min/mm，快速升温至1050℃~1080℃，保温系数为0.6min/mm，热料回炉保温系数为0.3min/mm，锻造完成后空冷。
5.根据权利要求2所述的一种工模具用耐高温材料及其制备方法，其特征在于，所述步骤4）还包括：
冷料装炉加热至800℃，保温系数为0.6min/mm，随后以5℃~10℃/min的加热速度升温至1020℃~1040℃，保温系数为0.6min/mm，热料回炉保温系数为0.3min/mm，锻造完成后水冷。
6.根据权利要求2所述的一种工模具用耐高温材料及其制备方法，其特征在于，所述步骤5）所述的固溶热处理和时效热处理，具体包括：
固溶热处理：炉温升温至960℃～990℃后物料入炉，保温系数为0.8mm/min+1h，随后快速水冷；
时效热处理：炉温升温至680℃～700℃后物料入炉，保温系数为0.8mm/min+12h，随后快速水冷。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210427 |
|
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