高强韧性锤锻模具钢制造技术

一种高强韧性锤锻模具钢，含有（重量百分比）０．２５～０．３２％的碳、１．７０～２．１０％的铬、０．９０～１．３０％的镍、０．８０～１．００％的钼、０．６０～０．９０％的硅、０．５０～０．８０％的锰、另外还含有０．４０～０．８０％的钨、０．３０～０．５０％的钒，余为铁和杂质。这种钢经强韧化处理后，具有在６００～６５０℃下保持高的冲击韧性、高的热强性、高的硬度、高的热稳定性和高的热疲劳性，比现有锤锻模具钢的寿命可提高２００～３００％。这种钢还可用于制造热挤压模具。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利说明 本专利技术属于合金模具钢领域，主要关系到热作模具钢。 目前，国内外用量最大、最典型的锤锻模具钢是5CrNiMo钢，这种钢具有韧性好，淬透性好和价格低廉地优点，但这种钢常因热强性不够而过早失效。近年来国内外发展了不少用于热挤压模具的高热强性热作模具钢，如英国的BH10、BH10A，法国的30DCV28、30DCKV28，美国的H11、H13，中国的3Cr3Mo3VNb等钢种，虽然它们的热强性有了很大的提高，650℃高温抗拉强度可达到813～863MPa，但常温冲击韧性ak只有18.6～26.5J/cm2，其韧性不能满足锤锻模具的要求。在我国虽研制出了5Cr2MoNiV、5Cr2NiMoVSi等新热锻模具钢，其高温强度也有所提高，但由于碳量仍保持在0.5%左右的水平上，所以，它们主要应用于压力机锻模，应用于冲击载荷大的锤锻模具，韧性仍欠不足。 本专利技术的目的在于提供一种即保持5CrNiMo钢的高韧性、高淬透性的优点，同时又把热强性提到高热强钢水平的锤锻模具钢。 根据锤锻模具的实际工作条件，这种钢应同时具备下列性能指标①常温冲击韧性ak≥49J/cm2，②300℃高温冲击韧性ak≥78.4J/cm2，③600℃高温冲击韧性ak≥78.4J/cm2，600℃高温硬度Hv≥300，650℃高温硬度Hv≥250，④600℃保温12小时后，常温洛氏硬度HRc≥40，⑤钢的A1点≥750℃，Ms点≥300℃，⑥具有良好的热疲劳性能。 实现本专利技术的基本构思是①降低钢中的碳含量，淬火后获得高韧性的低碳马氏体，②加入Cr、Mo、W、V等碳化物形成元素与Ni、Si等非碳化物形成元素，复合实现固溶强化与弥散强化，以提高低碳马氏体的热强性、热稳定性与高温硬度，③实施强韧化热处理工艺，保证高温强度、高温韧性及表面耐磨性的良好配合。 本专利技术所提供的锤锻模具钢，在成份的设计上与已有的技术相比，其特征在于降低了碳的含量，增加了铬的含量，降低镍的含量和提高钼的含量，同时，又加入少量新的合金元素钨与钒，并在保持锰含量的同时，适量的增加了硅含量，使得本专利技术的锤锻模具钢，在经过强韧化处理后，具有多元复合合金化的低碳马氏体组织，因此，显著的提高了高温强度、高温热稳定性、高温冲击韧性、高温硬度和冷热疲劳性能，使本专利技术钢种具有高的高温强韧性和使用寿命。本专利技术钢种所确定的成份范围(重量百分比，以下皆同)如下 0.25～0.32%的碳、1.70～2.10%的铬、0.90～1.30%的镍、0.80～1.00%的钼、0.60～0.90%的硅、0.50～0.80%的锰、另外还含有0.40～0.80%的钨、0.30～0.50%的钒，余为铁和杂质。 本专利技术钢(26Cr2NiMoWVSi，简称262钢)与对比钢(5CrNiMo)的化学成份范围列于表1。 表2是本专利技术262钢与对比钢5CrNiMo的常温机械性能数据。 表3是本专利技术262钢与对比钢5CrNiMo钢的高温短时拉伸和高温冲击韧性数据。 表4是本专利技术262钢与对比钢5CrNiMo的高温硬度数据。 表5是本专利技术262钢和对比钢5CrNiMo600℃热稳定试验数据。 表6是本专利技术262钢和对比钢5CrNiMo钢板材热疲劳试验数据。 本专利技术在成份设计的特征上所基于的理由是 降低碳的含量，其碳含量一般应控制在0.25～0.32%的范围，以保证加热淬火后获得全部低碳马氏体组织，为高韧性奠定基础;保证淬火硬度为HRC50～52，经回火可使洛氏硬度值调正到HRC38～46，以满足大、中、小型锤锻模具对硬度的要求。 提高铬的含量，其含铬量一般应控制在1.70～2.10%的范围，以用于提高钢的淬透性和高温强度，但铬含量大于2%时，对提高高温强度不利。 把含镍量控制在较低的限度，一般应控制在0.90～1.30%的范围，以用于提高钢的淬透性和改善钢的韧性。 增加钨、钒元素，提高其钼元素的含量，这是由于钨、钼、钒均为强碳化物形成元素，加入0.50%左右的钨，在淬火加热时全部溶入奥氏体，起到提高热强性的作用，又不会导致韧性下降;加入0.60～1.00%的钼，除了提高淬透性与热强性外，还起防止第二类回火脆性的作用;加入0.30～0.50%的钒，除防止钢的过热敏感倾向外，还依靠钒的固溶与碳化钒(VC)的 散强化，来提高钢的热稳定性、高温硬度和高温强度。在多元的复合合金化中，钨、钼、钒的加入量虽然不多，但由于相互复合作用，进一步提高了合金化强韧化的效果。 提高硅的含量，同时保持锰的含量，钢中加入0.60～0.90%的硅，其目的在于提高钢的淬透性、回火稳定性与基体强度。硅溶于α-Fe，提高了α-Fe→γ-Fe的转变温度(即提高A1点)及高温抗氧化能力，硅虽然不是碳化物形成元素，但它可提高回火转变时析出的特殊碳化物的 散度，因而保证了钢的高温强度、高温硬度与热稳定性;锰的作用除提高淬透性之外，还在于消除硫的有害影响。 对于硫、磷等杂质元素，其含量应尽量限制在最小的范围，一般其含量不应超过0.03%。 本专利技术锤锻模具钢，是在电弧炉中冶炼的，经1150～1170℃开锻，850～900℃终锻，再于760±10℃高温回火3-4小时软化处理，机加工后，进行强韧化热处理淬火加热温度为960～980℃，电阻炉加热保温系数为2分/毫米，在油中或空气中冷却，也可采用等温淬火的方法，淬火硬度HRC50～52，淬火组织为板条马氏体+少量残留奥氏体，回火温度600～650℃保持2-4小时，出炉空冷，回火后硬度HRC46～38。这种强韧化热处理可以与渗硼工艺结合起来，其工艺为，在模腔表面敷以渗硼剂与保护剂，用热风机吹干，升温致960℃～980℃保温2-4小时，油冷，600～650℃回火。实行该工艺的渗硼剂配方为80%SiC+10%B4C+5%KBF4+5%B2O3。将各种粉末混合均匀，用12%醋酸纤维丙酮溶液调成粘稠状，在模腔表面涂敷厚度为2-6毫米，用热风机吹干。实行该工艺所使用的保护剂配方为65%SiO2+25%Na2CO3+3%Al2O3+7%Cr2O3。将各种粉末混合均匀，用浓水玻璃调合成粘稠状，涂敷在渗硼剂层外侧，涂层厚度为2-4毫米。 本专利技术钢种可以进行氮化处理，其工艺为960-980℃加热淬火，淬火加热保温系数为2分/毫米，油中淬火;600-650℃回火2-3小时空冷，模腔表面精磨加工后于氮化炉中530～550℃氮化处理2-4小时，炉冷后出炉。 本专利技术钢种具有以下特点 1.由于把已有技术的含碳量为0.50～0.60%降到0.30%左右，运用低碳马氏体的强韧化机理于锤锻模具的成份设计，显著的提高了钢的韧性，尤其是高温冲击韧性。本专利技术262钢经960～980℃淬火+600℃回火，其洛氏硬度为HRC＝45.5，常温冲击韧性ak＝53.9J/cm2、300℃高温冲击韧性ak＝93.1J/cm2、550℃高温冲击韧性ak＝83.3J/cm2。而对比钢5CrNiMo在经860℃淬火+450℃回火，其洛氏硬度为HRC＝45、300℃高温冲击韧性为ak＝41.2J/cm2、550℃高温冲击韧性为ak＝51.0J/cm2。 2.由于本专利技术采用了铬、钼、钨、钒、硅、镍多种元素的联合作用，实现了多元复合合金化。淬火加热时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强韧性锤锻模具钢，其特征在于化学成份（重量百分比）为０．２５～０．３２％碳、１．７０～２．１０％铬、０．９０～１．３０％镍、０．８０～１．００％钼、０．４０～０．８０％钨、０．３０～０．５０％钒、０．６０～０．９０％硅、０．５０～０．８０％锰，余为铁和杂质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陆善，胡万玉，金毓洲，余广华，唐承祥，康韶光，赵宇，王德和，
申请(专利权)人：大连理工大学，航空工业部黎明发动机制造公司，张家口煤矿机械厂，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]