一种铸造冷作模具钢及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种铸造冷作模具钢及其制备方法，该铸造冷作模具钢，其化学元素质量百分比含量为：C：1.50～1.60％、Cr：11.00～11.70％、Mo：0.80～1.00％、V：0.70～0.90％、Ce：0.20～0.40％、Si：≤0.28％、Mn：≤0.25％、Ni：≤0.15％、Cu：≤0.22％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。本发明专利技术适当降低C与Cr含量、增加Mo与V含量并采用Ce变质，可有效改善模具钢初始凝固组织，而不用采用后续热锻工艺破碎细化晶界碳化物，这无疑有利于模具制造工艺流程的简化，进行适当热处理，即可达到模具对性能的要求，实现了以铸代锻。

A Casting Cold Work Die Steel and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种铸造冷作模具钢及其制备方法
本专利技术属于模具制造领域，具体涉及一种铸造冷作模具钢及其制备方法。
技术介绍
随着汽车轻量化的发展，尤其是高强钢的大量运用，对模具用钢提出了更为苛刻的要求。Cr12MoV作为常用的冷作模具钢，由于其含有大量C与Cr元素，钢液结晶时会析出大量极为稳定的共晶碳化物，呈不均匀带状或网状分布于晶界处，造成铸件塑性韧性差，通常需要经过热锻处理，以细化共晶碳化物并提高其分布的均匀性。然而，Cr12MoV钢热锻温度较窄、工艺复杂，且锻造后加工模具时机加工量大，模具材料及能源浪费严重，最终导致模具开发成本高、生产周期长、效率低。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供了一种铸造冷作模具钢及其制备方法。本专利技术利用合金成分优化与稀土变质处理，改善模具钢的铸态组织，而后配合适宜的热处理工艺，获得所需的综合力学性能，最终实现“以铸代锻”生产高强钢用冷冲压模具，尤其是冲压模具中的某些镶块。相比于传统Cr12MoV的热锻工艺，该专利技术有利于缩短模具开发周期、减少能源消耗、提高模具材料利用率、降低模具制造成本。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种铸造冷作模具钢，其特征在于，其化学元素质量百分比含量为：C：1.50～1.60％、Cr：11.00～11.70％、Mo：0.80～1.00％、V：0.70～0.90％、Ce：0.20～0.40％、Si：≤0.28％、Mn：≤0.25％、Ni：≤0.15％、Cu：≤0.22％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。进一步，其化学元素质量百分比含量为：C：1.50～1.60％、Cr：11.00～11.70％、Mo：0.80～0.90％、V：0.75～0.85％、Ce：0.20～0.30％、Si：≤0.28％、Mn：≤0.25％、Ni：≤0.15％、Cu：≤0.22％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。一种铸造冷作模具钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据所述的化学成分及其质量百分比配成原料；(2)将原料进行熔炼，接着铸造成型；(3)等温退火；(4)中温淬火；(5)回火。进一步，所述步骤(2)中的熔炼温度为1550-1570℃，熔炼过程中加入石墨以弥补碳烧损，所述石墨的加入量为原料质量的0.1-0.3％。再进一步，所述石墨分两次添加，第一次在原料全部熔化后即时添加，第二次在熔炼结束时、铸造前添加。进一步，所述步骤(2)中，原料完全熔化保温5-10min后进行消失模铸造成型。进一步，所述步骤(3)中，等温退火工艺为：加热至860～880℃，保温1.5～2.5h，而后随炉冷却至740～760℃，保温3.5～4.5h，继续随炉冷却至480～520℃后出炉空冷。进一步，所述步骤(4)中，中温淬火工艺为：中温淬火工艺为：加热至800～850℃，保温20～40min，继续升温至1020～1050℃，保温30～50min，然后油淬。进一步，所述步骤(5)中，回火温度为500-540℃。再进一步，回火两次。针对传统Cr12MoV钢凝固组织中晶界析出大量带状或网状共晶碳化物，造成铸件塑性韧性差，需要经过热锻处理加以改善，而热锻工艺复杂，且经热锻后模具加工机加工量大、工时长、模具材料及能源浪费严重，最终导致模具开发周期长、制造成本高的问题，本专利技术提出了一种铸造冷作模具钢及其制备方法。综合利用合金成分优化及变质处理改善模具钢初始凝固组织，与此同时，采用消失模铸造近净成型模具或模具镶块，以减少后续机加工量、缩短加工工时、降低能源与模具钢消耗，最后，利用适宜的热处理提高铸件综合力学性能，以达到冲压模具对性能的要求并最终实现“以铸代锻”生产模具或模具镶块。本专利技术一种铸造冷作模具钢，其成分优化与变质处理方案如下：1)晶界处大量析出高硬度M(Cr、Fe)7C3型带状或网状共晶碳化物是导致传统Cr12MoV模具钢铸件塑性韧性差的主要原因，因此，为改善模具钢凝固组织，提高铸件的塑性与韧性，应降低C与Cr的含量，与此同时，为保证所需的强度与硬度，C与Cr含量又不能降低太多。本实验室相关实验研究表明，适宜的C与Cr含量为：C1.50～1.60％，Cr11.00～11.70％。2)Mo可提高钢的淬透性，固溶于铁素体及奥氏体中可提高钢的强度和硬度。与此同时，Mo可细化晶粒，提高铸件的强韧性。V是强碳化物形成元素，在钢中形成硬度很高且难溶的VC，弥散分布于组织中可细化马氏体晶粒，大幅提高钢的耐磨性。通过细化组织，Mo与V在强化铸件的同时，对其塑性韧性影响较小。基于此，在以上降低C与Cr含量，提高铸件塑性与韧性的同时，为保证所需强度、硬度与耐磨性，应适当提高Mo与V的含量。本实验室相关实验表明，Mo与V适宜的含量为：Mo0.80～1.00％，V0.70～0.90％。3)稀土Ce元素为非碳化物形成元素，具有很强的脱硫、脱氧作用，致使氧、硫化物无法偏聚在晶界处，可净化晶界。同时，由于Ce具有较高的表面自由能，在钢液结晶时可有效降低形核功，提高形核率，从而细化晶粒。此外，结晶时依附于碳化物上的Ce会阻碍其生长，从而改善碳化物形貌，使其尖角钝化趋于团球化并有效断开碳化物网络。基于此，可添加Ce对模具钢进行变质处理，然而，过量的Ce会增加以高熔点氧硫化物为核心长大的可能性，最终于晶界偏聚析出较大尺寸的稀土夹杂物。本实验室相关实验表明，适宜的Ce添加量为0.20～0.40％。4)其它合金元素要求参照Cr12MoV模具钢。相比于传统采用Cr12MoV先铸坯后热锻再机加最后热处理的工艺，本专利技术的有益效果为：1)通过适当降低C与Cr含量、增加Mo与V含量并采用Ce变质，可有效改善模具钢初始凝固组织，而不用采用后续热锻工艺破碎细化晶界碳化物，这无疑有利于模具制造工艺流程的简化。2)对成分优化的模具钢配料熔炼后直接采用消失模铸造近净成型模具或模具镶块，这无疑有助于后续机加工量的减少、加工工时的缩短及模具材料浪费的降低。3)利用适宜的热处理工艺提高铸件的综合力学性能，以达到模具对性能的要求，最终实现“以铸代锻”生产冷冲压模具或模具镶块，较现有传统方法具有模具开发周期短、加工效率高以及制造成本低的优势。附图说明图1是传统Cr12MoV冷作模具钢的凝固组织；图2是本专利技术实施例1铸造冷作模具钢铸件凝固组织；图3是本专利技术实施例2铸造冷作模具钢铸件凝固组织；图4是本专利技术实施例3铸造冷作模具钢铸件凝固组织；具体实施方式下面通过具体的实施例，并结合附图对本专利技术做进一步的详细描述。需要说明的是，实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。实施例1一种铸造冷作模具钢，其特征在于，其化学元素质量百分比含量为：C：1.55％、Cr：11.5％、Mo：0.90％、V：0.85％、Ce：0.30％、Si：0.20％、Mn：0.25％、Ni：0.15％、Cu：0.20％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。一种铸造冷作模具钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)所述的化学成分及其质量百分比配成原料，原料质量为5kg；(2)将原料进行熔炼，接着铸造成型；熔炼温度为1560℃，熔炼过程中加入10g石墨以弥补碳烧损，所述石墨的加入量为原料质量的0.2％，原料完全熔化保温5min后进行消失模铸造成型；所述石墨分两次添加，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铸造冷作模具钢，其特征在于，其化学元素质量百分比含量为：C：1.50～1.60％、Cr：11.00～11.70％、Mo：0.80～1.00％、V：0.70～0.90％、Ce：0.20～0.40％、Si：≤0.28％、Mn：≤0.25％、Ni：≤0.15％、Cu：≤0.22％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种铸造冷作模具钢，其特征在于，其化学元素质量百分比含量为：C：1.50～1.60％、Cr：11.00～11.70％、Mo：0.80～1.00％、V：0.70～0.90％、Ce：0.20～0.40％、Si：≤0.28％、Mn：≤0.25％、Ni：≤0.15％、Cu：≤0.22％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。2.一种铸造冷作模具钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据权利要求1所述的化学成分及其质量百分比配成原料；(2)将原料进行熔炼，接着铸造成型；(3)等温退火；(4)中温淬火；(5)回火。3.根据权利要求2所述的一种铸造冷作模具钢的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的熔炼温度为1550-1570℃，熔炼过程中加入石墨以弥补碳烧损，所述石墨的加入量为原料质量的0.1-0.3％。4.根据权利要求3所述的一种铸造冷作模具钢的制备方法，其特征在于，所述石墨分两次添加，第一次在原料全部熔化后即时添加，第二次...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄锋，方凯，赵联，曾祥振，秦训鹏，华林，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42