CN114381657A - 一种skd11合金材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种SKD11合金材料的制备方法，以质量分数计，所述合金材料的成分包括：C：1.4～1.6％、Si：≤0.4％、Mn：≤0.6％、P：≤0.03％、S：≤0.03％、Cr：11‑13％、Mo：0.8‑1.2％、V：0.7‑0.9％、W：0.8‑1％，其余为Fe和不可避免的杂质。所述合金材料的制备方法包括以下步骤：冶炼、浇铸、锻造、冷却、热处理，在热处理的回火工序中采用多次回火保温的步骤。本发明通过在合金配方中增加V的含量，同时添加钨元素，可是淬火后的材料硬度达到62HRC以上，与普通SKD11材料耐磨性增加30％左右，并且相同磨损量与普通SKD11材料的磨损时间多约10000小时。
Description
技术领域
本发明涉及金属合金材料领域，具体而言，涉及一种用于织袜机零件的 SKD11合金材料的制备方法。
背景技术
织袜机中棱角结构是供织袜机的织针走针的部件。在袜子进行毛圈编织 时，采用具有台阶的中棱角结构，该结构具有两个高度的台阶面，织针在台 阶的不同高度的台阶面上走针，从而可以编织出毛圈，在袜子进行平针编织 时，则织针只需要在一个高度的平面上走针。
现有技术中棱角结构多采用SKD11材料制备而成，SKD11是高耐磨韧性 通用冷作模具钢、高碳高铬合金工具钢和真空脱气精炼钢，钢质纯净，具有 淬透性好、淬火变形量小等优点，现有技术中SKD11材料的成分主要包括：C 1.4～1.6、Si≤0.40、Mn≤0.60、P≤0.030、S≤0.030、Cr 11.0-13.0、Mo 0.80-1.20、 V 0.20-0.50，利用上述配方制备的织袜机棱角结构，材料耐摩擦系数有限，在 长期使用过程中由于织针与棱角之间频繁的摩擦，易导致出现棱角磨损的现 象，降低棱角及其织袜机的使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种SKD11合金材料的制备方法，以解决现 有技术中棱角易磨损的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种SKD11合金材料的制备方法，以质量分数计，所述合金材料的成分 包括：C：1.4～1.6％、Si：≤0.4％、Mn：≤0.6％、P：≤0.03％、S：≤0.03％、Cr： 11-13％、Mo：0.8-1.2％、V：0.7-0.9％、W：0.8-1％，其余为Fe和不可避免 的杂质。
进一步的，所述合金材料的制备方法包括以下步骤：冶炼、浇铸、锻造、 冷却、热处理，在热处理的回火工序中采用多次回火保温的步骤。
进一步的，所述冶炼工序中，利用加热炉在惰性气体分为下加热至 1000～1500℃，所述惰性气体为氩气。
进一步的，所述热处理包括加热和冷却过程，且加热和冷却过程均分为 至少两步进行：第一次加热：将锻坯放入热处理炉中，加热方式以10～20℃ /min的速度加热至800℃±15℃后保温0.5～1h，使锻坯温度均匀；再次控制炉 内升温速率为5～10℃/min，使炉内温度升高至1000～1200℃，保温60～90min， 将锻坯从炉内取出；第一次冷却：冷却至室温，冷速为100～120℃/min，冷却 方式为风机快冷，风量为5m3/min。
进一步的，第二次加热：将第一次冷却后的锻坯加热至热处理炉中，控 制加热速度为4～7℃/min，使锻坯加热到840～880℃，保温3～5h；第二次冷 却：控制炉内冷却速率为3～5℃/min，使锻坯在热处理炉内冷却至740～760℃， 保温4.5～9h。
进一步的，再次控制炉内冷却速率为3～5℃/min，使锻坯在热处理炉内冷 却至500～550℃，将锻坯出炉进行空冷，完成加热冷却过程。
进一步的，所述热处理还包括淬回火处理，所述淬回火处理采用多次回火 保温的措施。
进一步的，在淬火工序中，淬冷介质为1000±6℃的盐浴或1010±6℃的 炉控惰性气氛，保温10～20min后，空冷。
进一步的，回火工序中，回火温度选取为400～500℃，加热方式为以10～ 20℃/min的速度升温至目标温度后保温，保温时间为30～60min。
相对于现有技术，本发明所述的SKD11合金材料的制备方法具有以下优 势：
在原材料中加入相对应量的钨原料和钒原料，使化学成分达到本发明所 述的比例，即在合金配方中增加V的含量，同时添加钨元素，可是淬火后的 材料硬度达到62HRC以上，与普通SKD11材料耐磨性增加30％左右，并且 相同磨损量与普通SKD11材料的磨损时间多约10000小时。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面对本发明 的具体实施例做详细的说明。
本实施例提供了一种用于织袜机零件的合金材料，以质量分数计，其成 分包括：C碳1.4～1.6、Si硅≤0.4、Mn锰≤0.6、P磷≤0.03、S硫≤0.03、Cr 铬11-13、Mo钼0.8-1.2、V钒0.7-0.9、W钨0.8-1，其余为Fe和不可避免的杂 质。
所述的合金材料的制备方法包括以下步骤：
(1)冶炼：按照上述化学成分重量百分比，将原料添加至加热炉中，利 用加热炉在惰性气体分为下加热至1000～1500℃，至原料融化后，保温 10～20min。其中惰性气体为高纯氩气。
(2)浇铸：将钢液浇铸到砂型模中，脱模并清洁钢锭表面；
(3)锻造：将钢锭加热至1160℃，保温3h后，放在自由锻造液压机上进 行锻造，始锻温度为1000℃，锻造比为6，终锻温度≥900℃；
(4)冷却：将锻造后的锻坯空冷至400～500℃，然后石棉包裹冷却至室 温，以防锻坯出现裂纹；
(5)热处理：包括加热和冷却过程，且加热和冷却过程均分为至少两步 进行，具体如下：
第一次加热：将锻坯放入热处理炉中，加热方式以10～20℃/min的速度加 热至800℃±15℃后保温0.5～1h，使锻坯温度均匀；再次控制炉内升温速率为 5～10℃/min，使炉内温度升高至1000～1200℃，保温60～90min，将锻坯从炉内 取出。
第一次冷却：冷却至室温，冷速为100～120℃/min，冷却方式为风机快冷， 风量为5m3/min。
第二次加热：将第一次冷却后的锻坯加热至热处理炉中，控制加热速度 为4～7℃/min，使锻坯加热到840～880℃，保温3～5h；
第二次冷却：控制炉内冷却速率为3～5℃/min，使锻坯在热处理炉内冷却 至740～760℃，保温4.5～9h；
再次控制炉内冷却速率为3～5℃/min，使锻坯在热处理炉内冷却至500～550 ℃，将锻坯出炉进行空冷，完成加热冷却过程。
淬回火处理：将上述加热和冷却处理后的锻坯经淬回火处理后，制得本发 明所述的合金材料。
在淬火工序中，淬冷介质为1000±6℃的盐浴或1010±6℃的炉控惰性气 氛，保温10～20min后，空冷。
回火工序中，回火温度选取为400～500℃；加热方式为以10～20℃/min 的速度升温至目标温度后保温，保温时间为30～60min，制得本发明所述的合 金材料。
优选的，采用多次回火保温的步骤以提高合金材料的硬度并降低器变形 性。
具体的，保温温度为475℃。随后将所得合金块出炉冷却，用30min使其 降温至50℃并自然冷却至室温；
将合金块置于回火炉中，用60min使其由室温升温至500℃，并在500℃ 保温240min；随后将所得合金块出炉冷却，用30min使其降温至室温；
将所得合金块用30min由室温降温至-80℃，并在-80℃保温120min；将所 得合金块取出置于室温环境中，用30min使其升温至室温；
将所得合金块置于回火炉中，用30min使其由室温升温至460℃，并在 460℃保温240min；随后将所得合金块出炉冷却，用30min使其降温至室温。
实施例1
本实施例的合金材料有以下成分组成：C：1.5％、Si：0.4％、Mn：0.6％、 P：0.03％、S：0.03％、Cr：12％、Mo：1.0％、V：0.7％、W：0.8％，其余为 Fe和不可避免的杂质。
所述合金材料的制备方法包括以下步骤：(1)冶炼：按照上述化学成分 重量百分比，将原料添加至加热炉中，利用加热炉在高纯氩气分为下加热至 1200±50℃，至原料融化后，保温10～20min。
(2)浇铸：将钢液浇铸到砂型模中，脱模并清洁钢锭表面；
(3)锻造：将钢锭加热至1160℃，保温3h后，放在自由锻造液压机上进 行锻造，始锻温度为1000℃，锻造比为6，终锻温度≥900℃；
(4)冷却：将锻造后的锻坯空冷至400～500℃，然后石棉包裹冷却至室 温，以防锻坯出现裂纹；
(5)热处理：
第一次加热：将锻坯放入热处理炉中，加热方式以10～20℃/min的速度加 热至800℃±15℃后保温0.5～1h，使锻坯温度均匀；再次控制炉内升温速率为 5～10℃/min，使炉内温度升高至1000～1200℃，保温60～90min，将锻坯从炉内 取出。
第一次冷却：冷却至室温，冷速为100～120℃/min，冷却方式为风机快冷， 风量为5m3/min。
第二次加热：将第一次冷却后的锻坯加热至热处理炉中，控制加热速度 为4～7℃/min，使锻坯加热到840～880℃，保温3～5h；
第二次冷却：控制炉内冷却速率为3～5℃/min，使锻坯在热处理炉内冷却 至740～760℃，保温4.5～9h；
再次控制炉内冷却速率为3～5℃/min，使锻坯在热处理炉内冷却至500～550 ℃，将锻坯出炉进行空冷，完成加热冷却过程。
淬回火处理：在淬火工序中，淬冷介质为1000±6℃的盐浴或1010±6℃ 的炉控惰性气氛，保温10～20min后，空冷。
回火工序中，回火温度选取为400～500℃；加热方式为以10～20℃/min 的速度升温至目标温度后保温，保温时间为30～60min，制得本发明所述的合 金材料。
具体的，保温温度为475℃。随后将所得合金块出炉冷却，用30min使其 降温至50℃并自然冷却至室温；
将合金块置于回火炉中，用60min使其由室温升温至500℃，并在500℃ 保温240min；随后将所得合金块出炉冷却，用30min使其降温至室温；
将所得合金块用30min由室温降温至-80℃，并在-80℃保温120min；将所 得合金块取出置于室温环境中，用30min使其升温至室温；
将所得合金块置于回火炉中，用30min使其由室温升温至460℃，并在 460℃保温240min；随后将所得合金块出炉冷却，用30min使其降温至室温。
实施例2
本实施例的合金材料有以下成分组成：C：1.5％、Si：0.4％、Mn：0.6％、 P：0.03％、S：0.03％、Cr：12％、Mo：1.0％、V：0.9％、W：0.8％，其余为 Fe和不可避免的杂质。
本实施例中的制备方法同实施例1相同。
实施例3
本实施例的合金材料有以下成分组成：C：1.5％、Si：0.4％、Mn：0.6％、 P：0.03％、S：0.03％、Cr：12％、Mo：1.0％、V：0.7％、W：1.0％，其余为 Fe和不可避免的杂质。
本实施例中的制备方法同实施例1相同。
实施例4
本实施例的合金材料有以下成分组成：C：1.5％、Si：0.4％、Mn：0.6％、 P：0.03％、S：0.03％、Cr：12％、Mo：1.0％、V：0.9％、W：1.0％，其余为 Fe和不可避免的杂质。
本实施例中的制备方法同实施例1相同。
对比例1
本实施例的合金材料有以下成分组成：C：1.5％、Si：0.4％、Mn：0.6％、 P：0.03％、S：0.03％、Cr：12％、Mo：1.0％、V：0.2％，其余为Fe和不可避 免的杂质。
本实施例中的制备方法同实施例1相同。
对比例2
本实施例的合金材料有以下成分组成：C：1.5％、Si：0.4％、Mn：0.6％、 P：0.03％、S：0.03％、Cr：12％、Mo：1.0％、V：0.5％，其余为Fe和不可避 免的杂质。
本实施例中的制备方法同实施例1相同。
最后，对实施例1～4、对比例1～2得到的合金材料制得的棱角进行硬度和 耐磨损时间测试，测试结果见下表所示：
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 | 对比例2 | |
| 硬度/HRC | 63 | 66 | 64 | 65 | 50 | 49 |
| 耐磨损时间/h | 37070 | 37193 | 36981 | 37070 | 25345 | 26670 |
通过以上数据可以看出，本方明在合金配方中增加V的含量，同时添加钨 元素，可是淬火后的材料硬度达到62HRC以上，与普通SKD11材料耐磨性增 加30％左右，并且相同磨损量与普通SKD11材料的磨损时间多约10000小时。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员， 在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保 护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (9)
1.一种SKD11合金材料的制备方法，其特征在于，以质量分数计，所述合金材料的成分包括：C：1.4～1.6％、Si：≤0.4％、Mn：≤0.6％、P：≤0.03％、S：≤0.03％、Cr：11-13％、Mo：0.8-1.2％、V：0.7-0.9％、W：0.8-1％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的SKD11合金材料的制备方法，其特征在于，所述合金材料的制备方法包括以下步骤：冶炼、浇铸、锻造、冷却、热处理，在热处理的回火工序中采用多次回火保温的步骤。
3.根据权利要求2所述的SKD11合金材料的制备方法，其特征在于，所述冶炼步骤中，利用加热炉在惰性气体分为下加热至1000～1500℃，所述惰性气体为氩气。
4.根据权利要求2所述的SKD11合金材料的制备方法，其特征在于，所述热处理包括加热和冷却过程，且加热和冷却过程均分为至少两步进行：第一次加热：将锻坯放入热处理炉中，加热方式以10～20℃/min的速度加热至800℃±15℃后保温0.5～1h，使锻坯温度均匀；再次控制炉内升温速率为5～10℃/min，使炉内温度升高至1000～1200℃，保温60～90min，将锻坯从炉内取出；第一次冷却：冷却至室温，冷速为100～120℃/min，冷却方式为风机快冷，风量为5m3/min。
5.根据权利要求4所述的SKD11合金材料的制备方法，其特征在于，第二次加热：将第一次冷却后的锻坯加热至热处理炉中，控制加热速度为4～7℃/min，使锻坯加热到840～880℃，保温3～5h；第二次冷却：控制炉内冷却速率为3～5℃/min，使锻坯在热处理炉内冷却至740～760℃，保温4.5～9h。
6.根据权利要求5所述的SKD11合金材料的制备方法，其特征在于，再次控制炉内冷却速率为3～5℃/min，使锻坯在热处理炉内冷却至500～550℃，将锻坯出炉进行空冷，完成加热冷却过程。
7.根据权利要求4所述的SKD11合金材料的制备方法，其特征在于，所述热处理还包括淬回火处理，所述淬回火处理采用多次回火保温的措施。
8.根据权利要求7所述的SKD11合金材料的制备方法，其特征在于，在淬火工序中，淬冷介质为1000±6℃的盐浴或1010±6℃的炉控惰性气氛，保温10～20min后，空冷。
9.根据权利要求7所述的SKD11合金材料的制备方法，其特征在于，回火工序中，回火温度选取为400～500℃，加热方式为以10～20℃/min的速度升温至目标温度后保温，保温时间为30～60min。
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114381657A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060157163A1 (en) * | 2005-01-14 | 2006-07-20 | Daido Steel Co., Ltd. | Cold working die steel |
| CN1824819A (zh) * | 2006-02-08 | 2006-08-30 | 周向儒 | 一种新型高合金模具钢及其热处理工艺 |
| CN101182619A (zh) * | 2007-12-06 | 2008-05-21 | 上海大学 | 高强韧性冷作模具钢及其制备方法 |
| CN109628833A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-04-16 | 东北大学 | 一种Cr-Mo-Si-V系冷作模具钢及其制备方法 |
-
2020
- 2020-10-22 CN CN202011140788.8A patent/CN114381657A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060157163A1 (en) * | 2005-01-14 | 2006-07-20 | Daido Steel Co., Ltd. | Cold working die steel |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 工藤绩: "冷作模具钢SKD11的淬火回火", 《铸锻热》, 31 December 1988 (1988-12-31), pages 46 - 53 * |
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