一种高耐磨热锻模具铸钢制造技术

本发明专利技术公开了一种新型高耐磨热锻模具铸钢，是为了解决以往以韧性（冲击韧性）为合金成分设计依据的铸造热锻模具钢耐磨性差、寿命偏低的问题。其特征是采用以磨损性能为依据进行热锻模具铸钢的合金成分设计，该高耐磨热锻模具铸钢中碳化物以弥散析出的Ｖ↓［４］Ｃ↓［３］为主，还有少量的Ｃｒ、Ｍｏ碳化物，Ｃｒ、Ｍｏ主要作为固溶元素，其合金成分为（ｗｔ％）：Ｃ０．２～０．４，Ｃｒ３．０～５．０，Ｍｏ２．０～３．５，Ｎｉ１．０～２．０，Ｖ０．６～１．２，Ｍｎ≤０．８，Ｓｉ≤０．８，Ｓ≤０．０４，Ｐ≤０．０４。本发明专利技术的高耐磨热锻模具铸钢可广泛应用于热锻模的制造。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种铸钢材料，特指一种高耐磨热锻模具铸钢(NCDS)。
技术介绍
热锻模具在高速发展的汽车、机械、农机等重要的支柱产业中占有举足轻重的地位，需求量与日剧增。铸造热锻模具同传统的锻坯经机械加工成形模具相比，由于材料利用率高、切削加工量小、生产周期短、成本低、寿命高等优点，具有明显的经济性及先进性。铸造热锻模的性能和寿命主要取决于模具的材料。因此，铸造热锻模具钢的开发研究对铸造热锻模的应用是至关重要的。热锻模具铸钢从上世纪50年代开始主要是直接采用锻造模具钢的成分；随后为了提高某一方面的性能在原锻造模具钢的基础上进行微合金化或加入单元素的合金化。近几十年来，铸造热锻模具钢的合金化设计有了较大的发展，以性能要求为基础，并参考锻造模具钢的合金成分。目前铸造热锻模具钢的合金成分设计以韧性为主，把冲击韧性作为依据来防止模具的脆性断裂。从国内外铸造热锻模具钢的研究也可以看出，在合金成分设计上多以冲击韧性为依据，或把冲击韧性放在一个非常突出的重要位置，以改善塑性、韧性为前提。不仅如此，在锻模生产中一般将αK作为韧性的性能指标，锻模用钢要求αK≮30J/cm2，而对铸造模块αK≮20J/cm2。铸造热锻模的应用实践表明铸造热锻模具钢的合金成分设计以提高韧性为主，把冲击韧性作为韧性指标为依据是不合理的，不能保证热锻模具的脆性断裂。在热锻模生产和应用中偏面地要求热锻模具有高的冲击韧性是不利的，特别是对于铸造热锻模，导致模具的耐磨性不高、寿命低。而且发现高寿命铸造热锻模具主要以高温磨损为主要失效形式，高的耐磨性是进一步提高铸造热锻模具寿命的关键。专利(公开号1405353)是目前国内外在该领域最新的研究成果。该研究通过优化合金成分设计，开发出了新型铸造热锻模具钢(CDS)，其成分为(wt％)C 0.15～0.35，Cr 1.5～3.75，Mo 0.5～2.5，Ni 0.6～2.5，V 0.1～0.8，W 0.1～0.8，Mn 0.2～0.6，Si 0.2～0.6，S≤0.04，P≤0.04。但该研究仍以冲击韧性为合金设计的依据，耐磨性能低，导致热锻模的寿命不高。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决以往以韧性(冲击韧性)为依据的合金成分设计的铸造热锻模具钢耐磨性差、寿命偏低的问题。在本专利技术中采用以磨损性能为依据进行热锻模具铸钢的合金成分设计，开发出一种高耐磨热锻模具铸钢，可广泛应用于热锻模的制造。一种高耐磨热锻模具铸钢，其特征在于成分以重量百分数计算，C 0.2～0.4，Cr 3.0～5.0，Mo 2.0～3.5，Ni 1.0～2.0，V 0.6～1.2，Mn≤0.8，Si≤0.8，S≤0.04，P≤0.04，其余成分为Fe。上述方案中成分的优选范围为C 0.2～0.3，Cr 3.0～4.0，Mo 2.0～3.0，V 0.6～0.9，上述方案中成分的最佳取值点为C 0.3，Cr 4.0，Mo 3.0，Ni 1.0，V 0.9。本专利技术解决了以往以韧性(冲击韧性)为合金成分设计依据的铸造热锻模具钢耐磨性差、寿命偏低的问题，冶炼成本低、性价比高。附图说明图1本专利技术NCDS钢与专利1405353报导的CDS钢、H13钢以及进口H13钢的磨损率对比图2H13钢高温磨损形貌图3进口H13钢高温磨损形貌图4专利1405353报导的CDS钢高温磨损形貌图5本专利技术NCDS钢高温磨损形貌图6本专利技术NCDS钢高温磨损表面XRD分析具体实施方式采用废钢、铬铁、钼铁、钒铁、纯镍、生铁为原材料，按表1中给出的高耐磨热锻模具铸钢(NCDS)合金成分配料，采用250Kg中频感应电炉不氧化法熔炼，当钢液温度达到1550℃时，插铝脱氧出钢。在浇包中预先放入RE、Si-Ca等合金，采用冲入法对钢液进行孕育变质处理，然后在铸型中铸出模具外形及型腔。试样经箱式电阻炉720℃回火后进行粗加工，采用箱式电阻炉1080℃正火进行预处理，作组织准备。然后在高温盐浴炉中经1020℃保温油冷获得马贝复相组织，回火处理采用普通箱式电阻炉或硝盐浴炉600℃回火，保温时间多于2h，回火两次，在箱式电阻炉热处理时均采用了防高温氧化涂料保护，最后进行磨削加工成最终热锻模具。表1对比分析高耐磨热锻模具铸钢(NCDS)与专利(公开号1405353)报导的铸造热锻模具钢(CDS)和H13钢的主要合金成分对比。在高耐磨热锻模具铸钢中碳化物以弥散析出的V4C3为主及少量的Cr、Mo碳化物，Cr、Mo主要作为固溶元素存在于基体中保证了钢的热强性和热稳定性。因此，高的热强性和高的强韧性对表面的氧化物膜起到良好的支撑作用，并阻碍裂纹的扩展，使氧化膜不易剥落，磨损率降低。本专利的热锻模具铸钢的合金化设计以耐磨性为依据，兼顾其它性能。根据热锻模具与炽热金属直接接触摩擦模具表面温度可达到500℃左右及一般锻压设备的加载速度在0.3～9m/s。采用MG-2000型销盘式高温摩擦磨损试验机进行高温磨损实验，试验规范确定为干摩擦条件，试验温度为400℃(由于摩擦热使接触温度接近热锻模型腔的温度)，转速为2m/s，每次试验时间15min，总的滑行距离为1.8×103m。磨损结果见图1。表1NCDS、CDS和H13钢的主要合金成分对比 由图1可见，高耐磨热锻模具铸钢具有高的强韧性、热强性和热稳定性，具有高的高温耐磨性，磨损率与进口H13钢(YSB)相当，明显低于专利(公开号1405353)报导的CDS钢和H13国产锻钢，仅为国产H13锻钢的1/3～1/5。可见，本专利技术的高耐磨热锻模具铸钢与专利(公开号1405353)专利技术的铸造热锻模具钢和H13钢相比合金化设计合理、冶炼成本低、性价比高。权利要求1.一种高耐磨热锻模具铸钢，其特征在于成分以重量百分数计算，C 0.2～0.4，Cr 3.0～5.0，Mo 2.0～3.5，Ni 1.0～2.0，V 0.6～1.2，Mn≤0.8，Si≤0.8，S≤0.04，P≤0.04。2.根据权利要求1所述的一种高耐磨热锻模具铸钢，其特征在于部分成分的优选范围为C 0.2～0.3，Cr 3.0～4.0，Mo 2.0～3.0，V 0.6～0.9，3.根据权利要求2所述的一种高耐磨热锻模具铸钢，其特征在于部分成分的最佳取值点为C 0.3，Cr 4.0，Mo 3.0，Ni 1.0，V 0.9。全文摘要本专利技术公开了一种新型高耐磨热锻模具铸钢，是为了解决以往以韧性(冲击韧性)为合金成分设计依据的铸造热锻模具钢耐磨性差、寿命偏低的问题。其特征是采用以磨损性能为依据进行热锻模具铸钢的合金成分设计，该高耐磨热锻模具铸钢中碳化物以弥散析出的V文档编号C22C38/46GK1847441SQ200610038628公开日2006年10月18日 申请日期2006年3月6日 优先权日2006年3月6日专利技术者王树奇, 崔向红 申请人:江苏大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高耐磨热锻模具铸钢，其特征在于：成分以重量百分数计算，Ｃ０．２～０．４，Ｃｒ３．０～５．０，Ｍｏ２．０～３．５，Ｎｉ１．０～２．０，Ｖ０．６～１．２，Ｍｎ≤０．８，Ｓｉ≤０．８，Ｓ≤０．０４，Ｐ≤０．０４。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王树奇，崔向红，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]