微合金化的高强度高硬度预硬性塑料模具钢及其制备方法技术

本发明专利技术涉及金属材料成分设计与热处理领域，具体为一种微合金化的高强度高硬度预硬性塑料模具钢及其制备方法。模具钢化学成分及所占质量百分比包括：C 0.30wt.％～0.35wt.％、Si 0.30wt.％～0.35wt.％、Mn 1.50wt.％～1.55wt.％、Cr 1.90wt.％～2.10wt.％、Mo 0.15wt.％～0.25wt.％、Ni 0.90wt.％～1.10wt.％、V 0.10wt.％～0.30wt.％、Ce和La的总量≤0.02wt.％、P≤0.01wt.％、S≤0.01wt.％，余量为Fe。本发明专利技术基于V元素微合金化思想，通过优化合金成分设计，并按成分配比制得铸态坯料，加热保温后进行三向锻造及后续正火、淬火及高温回火热处理，开发出高强度、硬度以及镜面抛光性的高品质预硬性塑料模具钢，具有显著的社会及经济效益。具有显著的社会及经济效益。

【技术实现步骤摘要】
微合金化的高强度高硬度预硬性塑料模具钢及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属材料成分设计与热处理领域，具体为一种微合金化的高强度高硬度预硬性塑料模具钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]现阶段常采用的塑料模具钢有美国牌号P20、瑞典ASSAB牌号718/718H及德国牌号1.2738等。718H系列塑料模具钢在出库之前需进行淬火及高温回火的调制处理，模具制造厂直接进行机械加工成型，无需后续热处理变形，可避免由此引起模具的脱碳、开裂、变形等质量问题而被广泛应用，在模具钢市场上占据较大份额。高品质预硬型718H塑料模具钢有着极佳的强度、耐磨性、硬度均匀性、切削加工性和抛光性能等。
[0003]现阶段，鉴于经济和环境原因，迫切需要延长模具钢的使用寿命。718H模具钢主要通过优化热处理方式以提高材料强韧性，研究工作主要集中在调制处理前的预处理阶段，包括改进型正火处理、改进型等温球化退火处理等。但如何在最优热处理制度基础之上进一步提升性能以满足模具钢更苛刻服役环境及更高服役寿命需求，已成为国内外研究的方向之一，而合理调配合金配比关系已成为研究的重要途径。在工业生产中，模具钢高的截面硬度值代表其高的抛光性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种微合金化的高强度高硬度预硬性塑料模具钢及其制备方法，以提高材料强度、硬度及抛光性能。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：
[0006]一种微合金化的高强度高硬度预硬性塑料模具钢，其化学成分及所占质量百分比包括：C 0.30wt.％～0.35wt.％、Si 0.30wt.％～0.35wt.％、Mn 1.50wt.％～1.55wt.％、Cr 1.90wt.％～2.10wt.％、Mo 0.15wt.％～0.25wt.％、Ni 0.90wt.％～1.10wt.％、V 0.10wt.％～0.30wt.％、Ce和La的总量≤0.02wt.％、P≤0.01wt.％、S≤0.01wt.％，余量为Fe。
[0007]所述的微合金化的高强度高硬度预硬性塑料模具钢，Ce和La的总量0.01wt.％～0.02wt.％。
[0008]所述的微合金化的高强度高硬度预硬性塑料模具钢，包括冶炼、锻造及性能热处理，具体步骤如下：
[0009](1)冶炼：真空感应熔炼
→
真空脱气处理，保证钢水的纯净度；在真空脱气后，加入纯度在99.99wt.％以上的稀土合金进行终脱氧及变化细化夹杂物处理，最终满足预硬性塑料模具钢的化学成分要求，浇注预硬性塑料模具钢钢锭；
[0010](2)锻造：将符合成分要求的预硬性塑料模具钢钢锭进行三向锻造处理，锻造温度控制在950～1150℃；
[0011](3)正火：钢锭锻造后采用正火处理，加热温度选取870
±
20℃，经保温1～5h后空
冷，进行组织正火超细化处理；
[0012](4)调制热处理：经过正火超细化处理后，以80～120℃/h的升温速率加热至860
±
20℃，保温1～5h后，油淬冷却至室温；回火温度采用600～650℃，保温2～5h后空冷至室温。
[0013]所述的微合金化的高强度高硬度预硬性塑料模具钢，预硬性塑料模具钢的标准拉伸试样尺寸参照国标GB/T228-2002，每个硬度测试试样选取5～15个点进行平均洛氏硬度测试。
[0014]本专利技术的设计思想是：
[0015]钒(V)作为一种常用的微合金元素，极易在钢回火过程中形成纳米级析出相钉扎晶界，产生一定的析出强化作用。研究表明，微量V元素即可有效提高钢的强度、硬度。此外，V元素易于在奥氏体晶界(GB)处偏聚以降低晶界能，同时也抑制了C原子的扩散，可有效延迟铁素体/珠光体的形核，提高材料的淬透性。
[0016]在有效提高材料淬透性基础之上，本专利技术基于V元素微合金化思想，通过优化合金成分设计，并按成分配比制得铸态坯料，加热保温后进行三向锻造及后续正火、淬火及高温回火热处理，拟通过调控纳米级MC析出相弥散析出，以钉扎基体位错并降低其迁移率，开发出高强度、硬度以及镜面抛光性的高品质预硬性塑料模具钢。与此同时，微量V元素的加入并不改变材料热处理工艺，研究结论对于实际工业应用具有较大价值。
[0017]本专利技术的优点及有益效果是：
[0018]1、本专利技术基于微合金化思想，利用V元素在塑料模具钢高温回火过程中析出的MC碳化物弥散强化以增加基材的强度及硬度，综合提高了材料的抛光性能。本专利技术契合目前塑料模具钢发展趋势，有着十分广泛的应用前景。
[0019]2、本专利技术可在现有的生产工艺基础之上进行操作。在原合金成分基础之上添加微量的V元素提高材料强度及硬度，实现了相对低成本、微合金化和综合机械性能匹配合理的高端塑料模具钢，具有显著的社会及经济效益。
[0020]3、本专利技术微合金化的高强度高硬度预硬性塑料模具钢，其性能指标如下：屈服强度950～1000MPa，抗拉强度1050～1110MPa，平均硬度33～35HRC。
附图说明
[0021]图1为718H模具钢不同V含量试验钢屈服、拉伸强度演变曲线。图中，横坐标代表V元素的含量，纵坐标Strength代表屈服强度(Yield strength)或抗拉强度(Tensile strength)。
[0022]图2为718H模具钢不同V含量试验钢截面硬度值演变曲线。图中，横坐标1#～10#代表每个硬度测试试样选取10个点，纵坐标Hardness代表洛氏硬度(HRC)。
具体实施方式
[0023]在具体实施过程中，本专利技术提出的一种微合金化的高强度高硬度预硬性塑料模具钢及其制备方法。与常规的718H塑料模具钢比较，通过添加新合金元素V，在钢回火过程中形成纳米级析出相钉扎晶界，产生一定的析出强化作用以提高预硬性塑料模具钢的室温强度、硬度及抛光性能。
[0024]上述微合金化的高强度高硬度预硬性塑料模具钢及其制备方法，包括以下步骤：
[0025](1)冶炼：真空感应熔炼炉
→
真空脱气处理，保证钢水具有高的纯净度；在真空脱气后，加入纯度在99.99wt.％以上的稀土合金进行终脱氧及变化细化夹杂物处理，最终满足预硬性塑料模具钢的化学成分要求；
[0026](2)锻造：将符合成分要求的预硬性塑料模具钢钢锭进行三向锻造(沿X、Y、Z三个方向上反复热变形)处理，锻造温度控制在950～1150℃；
[0027](3)正火：锻造后采用正火处理，加热温度选取870
±
20℃，经保温1～5h后空冷，进行组织正火超细化处理；
[0028](4)调制热处理：将经过正火超细化处理的试样以80～120℃/h的升温速率加热至860
±
20℃，保温1～5h后，油淬冷却至室温；回火温度采用600～650℃，保温2～5h后空冷至室温；在进行力学性能实验时，标准拉伸试样尺寸参照国标GB/T228-2002，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微合金化的高强度高硬度预硬性塑料模具钢，其特征在于，其化学成分及所占质量百分比包括：C 0.30wt.％～0.35wt.％、Si 0.30wt.％～0.35wt.％、Mn1.50wt.％～1.55wt.％、Cr 1.90wt.％～2.10wt.％、Mo 0.15wt.％～0.25wt.％、Ni 0.90wt.％～1.10wt.％、V 0.10wt.％～0.30wt.％、Ce和La的总量≤0.02wt.％、P≤0.01wt.％、S≤0.01wt.％，余量为Fe。2.根据权利要求1所述的微合金化的高强度高硬度预硬性塑料模具钢，其特征在于，Ce和La的总量0.01wt.％～0.02wt.％。3.根据权利要求1所述的微合金化的高强度高硬度预硬性塑料模具钢的制备方法，包括冶炼、锻造及性能热处理，其特征在于，具体步骤如下：(1)冶炼：真空感应熔炼
→
真空脱气处理，保证钢水的纯净度；在真...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘航航，傅排先，刘宏伟，孙宸，杜宁宇，李殿中，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：