一种热作模具钢及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种热作模具钢及其制备方法。本发明专利技术的热作模具钢中，添加有金属复合颗粒，金属复合颗粒包括芯层、壳层，芯层包括氮化钛，壳层包括碳化钛。本发明专利技术通过金属复合颗粒的添加从而达到细化晶粒、阻止位错运动的效果，使得制备得到的热作模具钢具有优良的高温强度和高温疲劳性能。强度和高温疲劳性能。

【技术实现步骤摘要】
一种热作模具钢及其制备方法


[0001]本专利技术涉及模具钢
，具体而言，涉及一种热作模具钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]热作模具钢是指适宜于制作对金属进行热变形加工的模具用的合金工具钢。由于热作模具长时间处于高温高压条件下工作，因此，要求模具材料具有高的强度、硬度及热稳定性，特别是应有高热强性、热疲劳性、韧性和耐磨性等性能。为了满足市场对具有良好性能的热作模具钢的需求，本领域技术人员对热作模具钢进行了诸多研究和改进。
[0003]比如，授权公告号为CN105950962B的中国专利公开了一种兼有耐高温和高韧性的热作模具钢及其制法，通过将C的重量百分比提高到0.50
‑
0.65％、将Mn的含量升高到0.6
‑
1.0％、将Cr的含量降低到2.5
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4.5％、将Mo重量百分比升高到2.7
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4.5％，四种化学成分同时调整，得到最佳配比，使得制备的模具钢具有优异的硬度、耐高温形成和高韧性。
[0004]再比如，授权公告号为CN110863156B的中国专利公开了一种热作模具钢及其高效的制备方法，该热作模具钢通过合金成分优化，采用机械扩散与热扩散共同作用，使该种热作模具钢成分均匀化，缩短合金元素均匀化所需要的时间，提高生产效率，减小生产成本，生产出的热作模具钢洛氏硬度为55
‑
57HRC，等向性能好，热稳定性良好。
[0005]通过上述示例可知，提升热作模具钢的性能方法大多采用调节热作模具钢的合金成分。然而，除了上述改进方向之外，同样不可忽视的一点是通过添加其他材料来改变模具钢的性能。
[0006]具体而言，就是现有热作模具钢中存在较多的位错，而位错在高温下容易运动，使得热作模具钢高温强度、高温疲劳等性能受到影响。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在提供一种热作模具钢及其制备方法，以提供一种具有优良的高温强度和高温疲劳性能的热作模具钢。本专利技术的方案对铸造热作模具钢代替锻造热作模具钢和延长热作模具钢的使用寿命有着重要的实际应用价值。为了解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的。
[0008]本专利技术提供一种热作模具钢的制备方法，热作模具钢中包括：碳、硅、锰、铬、钼、钨、钒、铌、金属复合颗粒、磷、硫、铁，金属复合颗粒与碳的质量份之比为1：（3
‑
5）；制备方法包括：准备原料，然后依次进行转炉冶炼、LF精炼、真空脱气、铸造、均匀化处理、细晶处理、调制处理，制备得到热作模具钢；调制处理包括：进行高温回火处理，再进行至少两次加热处理，然后依次经过空冷、水冷、空冷、油冷；金属复合颗粒包括芯层、壳层，芯层包括氮化钛，壳层包括碳化钛，金属复合颗粒通过如下步骤制备：S910：将聚丙烯腈、钛酸四丁酯、对苯二甲酸混合后搅拌4h
‑
5h，并在60℃
‑
80℃温度下干燥10h
‑
12h，制备得到含钛凝胶；
S920：将含钛凝胶包覆在粒径为20um
‑
30um的氮化钛颗粒的外侧，得到第一中间体；S930：对第一中间体进行至少两次预烧结，得到第二中间体；S940：将第二中间体在1300℃
‑
1500℃下高温烧结，得到金属复合颗粒；其中，聚丙烯腈、钛酸四丁酯、对苯二甲酸的质量份之比为（1
‑
5）：（2
‑
6）：（0.5
‑
1），含钛凝胶与氮化钛颗粒的质量份之比为（1
‑
10）：（1
‑
6）。
[0009]在上述制备步骤中，通过在热作模具钢中添加金属复合颗粒，能够阻止高温下热作模具钢中的位错运动，进而使得热作模具钢的高温强度和高温疲劳性能得到提升。本申请的热作模具钢在制备时，在LF精炼步骤中将金属复合颗粒加入，再经过真空脱气、铸造、均匀化处理、细晶处理、调制处理等步骤后制备得到热作模具钢，需要说明的是，由于在本申请的热作模具钢中添加有金属复合颗粒、热作模具钢的合金含量减少，使得热作模具钢能够通过锻造的方式制备得到，替代了现有的锻造热作模具钢的方式，延长了热作模具钢的使用寿命。在本专利技术中还对金属复合颗粒的结构进行了进一步地提升，主要是在氮化钛的外侧包覆碳化钛层，也就是形成了一个氮化钛和碳化钛复合的颗粒，这样设计是因为在实际应用的过程中发现单纯的氮化钛颗粒在钢水以及后续锻造等过程中比较容易破碎，使得其阻止位错运动的功效变差，而在氮化钛的外侧包覆碳化钛之后，由于碳化钛的硬度比氮化钛高，所以金属复合颗粒不容易破碎，使得热作模具钢的高温强度和高温疲劳性能得到了极大的提升。由于在本申请中是在热作模具钢中直接添加金属复合颗粒，部分金属复合颗粒会分布在热作模具钢的表面，热作模具钢表面的脆性增大，因此在本申请的制备方法中，对热作模具钢的表面进行了淬火处理，淬火处理包括至少两次淬火的过程，在水冷和油冷双层淬火的作用下，使得热作模具钢表面分布的金属复合颗粒贴合在晶界上，热作模具钢的硬度得到提升。
[0010]进一步地，金属复合颗粒与碳的质量份之比为1：（3.5
‑
4.5）。
[0011]以碳化钛为壳层的金属复合颗粒具有细化晶粒和抑制晶粒长大的作用，能够提高热作模具钢的强度、硬度等性能，所以相应的可以减少热作模具钢中的合金以及碳的含量，上述比例的金属复合颗粒与碳能够使得热作模具钢的强度和硬度维持在较高的水平的情况下，提升热作模具钢的韧性和塑形。
[0012]进一步地，S920的具体步骤包括：将含钛凝胶与粒径为20um
‑
30um的氮化钛颗粒混合后搅拌20min
‑
30min，得到第一中间体。
[0013]进一步地，S930的具体步骤包括：一次预烧结：将第一中间体以4℃/min
‑
6℃/min的速率升温至200℃
‑
300℃，保温2h
‑
3h；二次预烧结：再以2℃/min
‑
3℃/min的速率升温至550℃
‑
650℃，保温2h
‑
4h，得到第二中间体。
[0014]进一步地，S940的具体步骤包括：将第二中间体以10℃/min
‑
12℃/min的速率升温至1300℃
‑
1500℃，保温5h
‑
8h，研磨后，得到金属复合颗粒。
[0015]进一步地，在以100质量份计的热作模具钢中，包括：碳0.25
‑
0.40质量份、硅0.25
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0.45质量份、锰0.52
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0.56质量份、铬2.5
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8.7质量份、钼1.05
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1.15质量份、钨0.75
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0.85质量份、钒0.25
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0.45质量份、铌0.11
‑
0.13质量份、金属复合颗粒0.08
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热作模具钢的制备方法，其特征在于，所述热作模具钢中包括：碳、硅、锰、铬、钼、钨、钒、铌、金属复合颗粒、磷、硫、铁，所述金属复合颗粒与所述碳的质量份之比为1：（3
‑
5）；所述制备方法包括：准备原料，然后依次进行转炉冶炼、LF精炼、真空脱气、铸造、均匀化处理、细晶处理、调制处理，制备得到所述热作模具钢；所述调制处理包括：进行高温回火处理，再进行至少两次加热处理，然后依次经过空冷、水冷、空冷、油冷；所述金属复合颗粒包括芯层、壳层，所述芯层包括氮化钛，所述壳层包括碳化钛，所述金属复合颗粒通过如下步骤制备：S910：将聚丙烯腈、钛酸四丁酯、对苯二甲酸混合后搅拌4h
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5h，并在60℃
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80℃温度下干燥10h
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12h，制备得到含钛凝胶；S920：将所述含钛凝胶包覆在粒径为20um
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30um的氮化钛颗粒的外侧，得到第一中间体；S930：对所述第一中间体进行至少两次预烧结，得到第二中间体；S940：将所述第二中间体在1300℃
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1500℃下高温烧结，得到所述金属复合颗粒；其中，所述聚丙烯腈、所述钛酸四丁酯、所述对苯二甲酸的质量份之比为（1
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5）：（2
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6）：（0.5
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1），所述含钛凝胶与所述氮化钛颗粒的质量份之比为（1
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10）：（1
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6）。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属复合颗粒与所述碳的质量份之比为1：（3.5
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4.5）。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S920的具体步骤包括：将所述含钛凝胶与所述粒径为20um
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30um的氮化钛颗粒混合后搅拌20min
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30min，得到所述第一中间体。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S930的具体步骤包括：一次预烧结：将所述第一中间体以4℃/min
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6℃/min的速率升温至200℃
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300℃，保温2h
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3h；二次预烧结：再以2℃/min
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3℃/min的速率升温至550℃
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650℃，保温2h
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4h，得到所述第二中间体。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S940的具体步骤包括：将所述第二中间体以10℃/min
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【专利技术属性】
技术研发人员：卢伟炜，
申请(专利权)人：中特泰来模具技术有限公司，
类型：发明
国别省市：