一种热作模具钢制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种新型热作模具钢4Cr5Mo3Co2SiV，其特征在于，所述热作模具钢的组成以及质量百分比为：C：0.35～0.45％、Si：0.40～0.75％、Mn：0.20～0.50％、Mo：2.50～3.50％、V：0.25～0.75％、Cr：4.00～5.00％、Co：1.50～2.50％、S：≤0.010％、P：≤0.030％、Fe余量。与现有热作模具钢相比，本发明专利技术所述热作模具钢具有更好的力学性能。

A hot working die steel

The purpose of the invention is to provide a new hot working die steel 4Cr5Mo3Co2SiV, which is characterized in that the hot working die steel composition and quality percentage: C:0.35 ~ 0.45%, Si:0.40 ~ 0.75%, Mn:0.20 ~ 0.50%, Mo:2.50 ~ 3.50%, V:0.25 ~ 0.75%, Cr:4.00 ~ 5%, Co:1.50 ~ 2.50%, S = 0.010% P: less than or equal to 0.030%, Fe margin. Compared with the existing hot working die steel, the hot working die steel of the present invention has better mechanical properties.

【技术实现步骤摘要】
一种热作模具钢
本专利技术属于合金领域，特别提供一种热作模具钢4Cr5Mo3Co2SiV。
技术介绍
热作模具钢要求材料具有高的淬透性、高的高温强度、高的耐磨性、高的韧度、高的抗热裂能力和高的耐熔损性能等。按其主要化学成分可分为W系，Cr-Mo系，Cr-W-Mo系等类型。而美国牌号的热作模具钢分为3种：铬热作模具钢、钨热作模具钢和钼热作模具钢，都冠以H字母，分别表示为H10～H19、H21～H26和H42、H43等。其中前两种钢的含碳量在0.30％～0.50％范围，后种钢的含碳量在0.50％～0.70％，3种钢的Cr、W、Mo和V合金元素的总含量在6％～25％。目前使用最广泛和最具代表性的热作模具钢是4Cr5MoSiV1(H13)钢，它是4Cr5MoSiV钢的改进型，是目前国内热镦锻钢、冷镦模套的主要材料，也是通用性强的热作模具钢，是代替3Cr2W8V钢的理想钢材，寿命可提高2-3倍。其主要特点是：具有高的淬透性和高的韧性；优良的抗热裂能力，在工作场合可予以水冷；具有中等耐磨损能力，还可以采用渗碳或渗氮工艺来提高其表面硬度，但要略为降低抗热裂能力；因其含碳量较低，回火中二次硬化能力较差；在较高温度下具有抗软化能力，但使用温度高于540℃(1000℉)时硬度出现迅速下降(即最高工作温度为540℃)；热处理的变形小；中等和高的切削加工性；中等抗脱碳能力。同时它还可用于制造航空工业上的重要构件。交货状态为退火态，硬度小于HB235。常见试样热处理工艺——淬火：790±15℃预热，1000℃(盐浴)或1010℃(炉控气氛)±6℃加热，保温5～15min空冷，550±6℃回火。淬火态硬度在HRC55左右，回火态硬度在HRC52左右。4Cr3Mo3SiV(H10)热作模具钢有好的淬透性，韧性和高温硬度，可代替3Cr2W8V等钢制作热冲模、热锻模、热滚模和塑压模等。Cr和Mo的质量分数均为3％左右，抗冷热疲劳性好，热处理变形小，抗溶蚀性能好。锻造、切削工艺性良好，不需特殊热处理。在500～600℃时具有更高的硬度、热强性、耐磨性，很好的淬透性和很高的韧性，回火抗力及热稳定形态高于H13钢，冲击韧度及断裂韧度高于3Cr2W8V钢。可制造热挤压摸、热冲模、热锻模等。亦被用作飞机、火箭等耐热400～500℃工作温度的结构零件。交货状态为退火态，硬度小于HB235。常见试样热处理工艺——淬火：790±15℃预热，1010±6℃(盐浴)或1020±6℃(炉控气氛)加热，保温5～15min，空冷，550℃回火。淬火态硬度在HRC60左右，回火态硬度在HRC55左右。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型热作模具钢4Cr5Mo3Co2SiV，与现有热作模具钢相比，本专利技术所述热作模具钢具有更好的力学性能。本专利技术具体提供了一种热作模具钢4Cr5Mo3Co2SiV，其特征在于，所述热作模具钢的组成以及质量百分比为：C：0.35～0.45％、Si：0.40～0.75％、Mn：0.20～0.50％、Mo：2.50～3.50％、V：0.25～0.75％、Cr：4.00～5.00％、Co：1.50～2.50％、S：≤0.010％、P：≤0.030％、Fe余量。其优选的组成以及质量百分比为：C：0.38～0.42％、Si：0.50～0.70％、Mn：0.30～0.45％、Mo：3.10～3.50％、V：0.35～0.55％、Cr：4.00～4.60％、Co：1.50～2.30％、S：≤0.010％、P：≤0.030％、Fe余量。本专利技术所述热作模具钢，其特征在于：Co、Cr、Mo元素总含量优选为质量百分比8.5～10.5％。本专利技术所述热作模具钢中各元素的作用：1、硅硅是一个对铁素体进行置换固溶强化非常有效的元素，仅次于磷，但同时在一定程度上降低钢的韧度和塑性。一般都将Si限制在钢脱氧需要的范围内。置换固溶强化一般引起铁的球面对称畸变，它能与刃形位错产生弹性交互作用，一般不与螺形位错产生交互作用而阻止其运动。这样它与C、N原子的间隙固溶强化相比属于弱强化。置换固溶的抗拉强度增值ΔRm为：ΔRm＝K×(X)n式中，X为溶质原子的质量百分数，n为系数，一般n≈0.75，K为强化系数，它反映合金元素的强化能力，对Si来说：Ksi＝75850MPa；而KMn＝48260MPa；KMo＝61190MPa。Si的固溶使铁素体基体的点阵常数变小，其原子半径0.118nm，α-Fe为0.126nm，由此可见，使点阵常数缩小的固溶合金元素具有较有效的强化作用。Si也是提高回火抗力的有效元素。Si降低碳在铁素体中的扩散速度，使回火时析出的碳化物不易聚集，增加回火稳定性。另外，Si虽然不推迟ε碳化物的生成，但它可固溶于ε碳化物，并提高其稳定性，延迟ε→θ转变。第一类回火脆性与ε→θ转变和沿马氏体条间界分布形成连续薄膜有关，延迟ε→θ转变便意味着提高第一类回火脆性发生温度或抬高回火温度-硬度曲线，可使回火马氏体的ε碳化物与基体保持共格和均匀分布，使回火马氏体保持有良好的强韧性配合。含1％Si相应可提高回火温度30℃～50℃。但是，Si加入量过多，会使碳化物聚集的过时效速度增大，以至于难以控制，这样，其加入量限制在0.75％是比较合适的。另外，Si易使钢呈现带状组织，使钢的横向性能比纵向性能差，也使钢的脆性转折温度升高；Si还具有促进钢的脱碳敏感性；但Si有利于高温抗氧化性的提高。2、MoMo是作为使钢具有二次硬化的主要合金元素加入的，这是由于在回火时马氏体中析出Mo2C造成。Mo可与C形成Mo2C和MoC合金碳化物，还可随回火温度升高转变为Mo6C。具有密排六方点阵的Mo2C在马氏体板条内，亚晶界上以平行的细针状(二维为层片状)析出，显然，这种析出必须按单独形核机制(separatenucleation)。TEM研究指出，析出的位向关系为：(1102)Mo2C∥(010)α，[1101]Mo2C∥[100]α，[1120]Mo2C∥[001]α。Mo2C和基体共格，从而导致二次硬化。Honeycombe认为，Mo2C形成初期是Mo和C原子沿马氏体的﹛100﹜面偏聚，形成像Al-Cu合金时效时出现的GP区相似的组织。钢中加入W和V形成W2C，VC的合金碳化物，也会具有二次硬化作用。另外再加入Cr和Co可以强化二次硬化效应。但要注意，为使钢中W和V的碳化物溶解进入奥氏体中，需要采用较高的奥氏体化温度，易引起奥氏体晶粒粗化而带来不良影响，所以以优选Mo为最佳的二次硬化合金化元素。Mo具有比Cr更强烈的碳化物形成倾向，在5％Cr的热作模具钢中，Mo2C先于Cr7C3形成。M7C3不能作为二次硬化的高温强化相，而且它在回火马氏体中的形成是以原位析出(in-situ)机制，不会发生弥散析出。为此，Mo的二次硬化的硬化强度和其最大硬化强度对应的温度皆高于Cr的相应值，同时，Mo2C的过时效速度亦较低(即不易聚集长大)。这三个条件是衡量二次硬化有效性的三个主要指标。3、CoCo虽然不是碳化物形成元素，但在退火状态下大部分Co处于α-Fe中，在碳化物MoC中仍有一定的溶解度。Co可提高熔点，使淬火温度提高，使奥氏体中溶解更多W、Mo、V等合金元素，强化基体；Co可以延缓回火时合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热作模具钢，其特征在于，所述热作模具钢的组成以及质量百分比为：C：0.35～0.45％、Si：0.40～0.75％、Mn：0.20～0.50％、Mo：2.50～3.50％、V：0.25～0.75％、Cr：4.00～5.00％、Co：1.50～2.50％、S：≤0.010％、P：≤0.030％、Fe余量。

【技术特征摘要】
1.一种热作模具钢，其特征在于，所述热作模具钢的组成以及质量百分比为：C：0.35～0.45％、Si：0.40～0.75％、Mn：0.20～0.50％、Mo：2.50～3.50％、V：0.25～0.75％、Cr：4.00～5.00％、Co：1.50～2.50％、S：≤0.010％、P：≤0.030％、Fe余量。2.按照权利要求1所述热作模具钢，其特征在于，所述热作...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙敬兴，都祥元，郭诚，李红军，陈雅文，孔凡亚，
申请(专利权)人：抚顺圣兴高温合金研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21