一種耐溫沖針及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種耐溫沖針及其制備方法，屬于模具加工【技術(shù)領(lǐng)域】。所述耐溫沖針的組成元素及質(zhì)量百分比為：碳(C)：0.30％-0.40％，鉻(Cr)：12.50％-14.70％，鉬(Mo)：0.10％-0.20％，錸(Re)：0.50％-1.20％，余量為鐵(Fe)以及不可避免的雜質(zhì)。并通過原料配制、退火處理、淬火與回火、表面拋光處理制得該耐溫沖針。本發(fā)明耐溫沖針的原料配伍合理，通過各元素之間產(chǎn)生的協(xié)同作用，提高了沖針的強度、硬度、耐高溫性、耐磨性等綜合性能，使其硬度可達56-58HRC，使用壽命長，并節(jié)約了生產(chǎn)成本與資源，提高了生產(chǎn)效益。
【專利說明】一種耐溫沖針及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種耐溫沖針，具體涉及一種耐溫沖針及其制備方法，屬于模具加工

【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 沖壓模具是在冷沖壓加工中，將材料（金屬或非金屬材料）加工成零件（或半成 品）。沖針又名沖頭，是沖壓模具工作中必不可少的配件，屬于可更換的模具耗材，常常將其 直接與材料接觸，使材料發(fā)生分離或者塑性形變。因此，沖針的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、形狀等直接影響 著沖壓件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本等。而現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的沖針存在易斷、磨損較快、 強度不夠高、耐高溫性不好等不足。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種耐磨性能、耐高溫性能都 較好且使用壽命長的耐溫沖針。
[0004] 本發(fā)明的目的可通過下列技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種耐溫沖針，所述耐溫沖針的組 成元素及質(zhì)量百分比為：碳（C) :0.30% -0.40%，鉻（Cr) :12.50% -14. 70%，鑰（Mo): 0. 10% -0. 20%，錸（Re) :0. 50% -1. 20%，余量為鐵（Fe)以及不可避免的雜質(zhì)。
[0005] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明中耐溫沖針通過極少的組成元素，以及優(yōu)化各成分的配 t匕，使其耐磨性能好，耐高溫且使用壽命長。
[0006] 碳是鋼中重要的組成元素，它以固溶和形成碳化物的方式來提高沖針的強度、改 善沖針的耐磨性。隨著碳含量的增加，碳化合物的數(shù)量增加，尺寸加大，從而縮小碳化合物 間的間距，提高其耐磨性。但是如果碳含量過高，會加大沖針的脆性，降低其強度和韌性，反 而導致沖針易斷；若碳含量過低，沖針的硬度低，耐磨性能差。本發(fā)明中將碳元素的含量控 制在0. 30% -0. 40%，可使耐溫沖針具有較好的綜合性能。
[0007] 本發(fā)明耐溫沖針中鉻（Cr)元素含量較高，可達12. 50% -14. 70%。鉻元素與碳元 素可產(chǎn)生協(xié)同作用，形成多種碳化物，隨著鉻元素含量的增加，碳化物的數(shù)量也在不斷的增 力口。在沖針中加入高含量的鉻元素，不僅能改變沖針中碳化物彌散分布形態(tài)，獲得以Cr 23C6 和Cr7C3為主的碳化物，使其彌散分布于奧氏基體上，還能提高沖針的耐磨性、硬度、強度和 抗高溫、抗腐蝕性能。而且鉻元素的加入能提高鋼材的淬透性以及鋼材的抗氧化性能，同時 也可以提高沖針的抗回火穩(wěn)定性以及沖針的抗接觸疲勞性能。當鉻元素的含量超過12% 時，可使鋼材具有良好的高溫抗氧化和耐氧化性介質(zhì)腐蝕的作用；但當鉻元素的含量超過 15%時，會導致沖針的韌性和塑性降低。因此本發(fā)明耐溫沖針中將鉻元素的加入量控制在 12. 50% -14. 70%，既保證了沖針的硬度和耐磨性能，又有效防止其韌性和塑性的降低。
[0008] 在本發(fā)明耐溫沖針中加入0. 10% -0. 20%鑰（Mo)元素，可有效抑制沖針冷卻過 程中晶界碳化物的析出，有利于細化晶粒，提高沖針的韌性；并增加碳化物的數(shù)量，提高 碳化物的硬度，改善沖針的耐磨性，提高沖針的高溫硬度以及沖針的高溫耐磨性。同時鑰 可以有效地抑制滲碳體聚集，使鑰的碳化物以極細小尺寸彌散分布在奧氏體中，強化奧氏 體組織，從而增加沖針的強度和硬度，增強其形變硬化性能，改善其抗磨損能力。此外，鑰 元素還可以和鉻元素產(chǎn)生協(xié)同作用，提高沖針的抗回火穩(wěn)定性，并減小甚至消除沖針的回 火脆性。但是鑰元素會降低沖針的導熱性，若鑰含量過高，沖針的導熱性降低，從而增大 沖針的熱應力，降低其抗熱疲勞性能。通過試驗發(fā)現(xiàn)，將本發(fā)明耐溫沖針中鑰含量控制在 0· 10% -0· 20%之間，沖針的效果最佳。
[0009] 本發(fā)明耐溫沖針中加入少量稀土元素錸（Re)，用以固溶強化，提高沖針的硬度、耐 磨性、沖擊韌性等綜合性能，使沖針能在長期使用中耐受摩擦力。錸的加入能夠提高沖針 的抗氧化性和耐腐蝕性，且其化學性質(zhì)活潑，可以與硫元素化合，成為很好的脫硫劑和去氣 齊[J，從而可以改變鋼中夾雜物的分布與形態(tài)，改善沖針的質(zhì)量。特別的，在沖針中加入錸元 素，可以產(chǎn)生錸效應，提高沖針的強度和韌性。
[0010] 雖然上述元素對耐溫沖針材料都有一定的貢獻，但使用時最關(guān)鍵的是要用合理的 配比及組合，這樣才能充分發(fā)揮各元素的優(yōu)越性。
[0011] 為了獲得良好的綜合性能的耐溫沖針，必須嚴格控制雜質(zhì)元素的含量。所述雜 質(zhì)中，硫⑶元素的質(zhì)量百分比小于等于0.025%，磷⑵元素的質(zhì)量百分比小于等于 0. 025%。磷和硫都是有害元素，硫不僅在高溫下會與鐵元素形成FeS化合物，導致熱脆，降 低鋼材的熱塑性、耐腐蝕性和焊接性能。本發(fā)明耐溫沖針中將硫含量控制在0.025%以內(nèi)用 以降低沖針的熱脆性，提高它的延展性和韌性。而磷主要以Fe 3P和Fe2P的形式存在，磷化 物的熔點低于鋼的熔點，當鋼液凝固時磷就富集在樹枝狀結(jié)晶之間，形成磷偏析，溶解于鋼 中的磷則沿晶界分布，導致鋼的脆化。所以降低耐溫沖針中的磷含量可以有效的提高其抗 拉強度。因此本發(fā)明耐溫沖針中的硫和磷元素的含量均控制在0.025%以內(nèi)。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過極少的組成元素之間的合理配伍，制得耐磨性能好， 耐高溫且使用壽命長的耐溫沖針。
[0013] 進一步地，所述耐溫沖針的組成元素及質(zhì)量百分比為：碳（C) :0. 35%，鉻（Cr): 13. 50%，鑰（Mo) :0. 15%，錸（Re) :0. 80%，余量為鐵（Fe)以及不可避免的雜質(zhì)。
[0014] 進一步地，所述耐溫沖針的組成元素及質(zhì)量百分比為：碳（C) :0. 30%，鉻（Cr): 14. 7%，鑰（Mo) :0.1%，錸（Re) :1. 20%，余量為鐵（Fe)以及不可避免的雜質(zhì)。
[0015] 進一步地，所述耐溫沖針的組成元素及質(zhì)量百分比為：碳（C) :0. 40%，鉻（Cr): 12. 5%，鑰（Mo) :0. 2%，錸（Re) :0. 50%，余量為鐵（Fe)以及不可避免的雜質(zhì)。
[0016] 本發(fā)明還提供一種制備上述耐溫沖針的方法，所述的制備方法包括以下步驟：
[0017] S1、原料配制：按耐溫沖針所述的組成元素及質(zhì)量百分比配制原料，并在 820°C _870°C下鍛造成耐溫沖針坯件；
[0018] S2、退火處理：將上述耐溫沖針坯件進行等溫球化退火處理，再將其加工成耐溫沖 針初成品；
[0019] S3、淬火與回火：將上述耐溫沖針初成品加熱至1100°C -1150°C進行淬火，保溫 1-3小時后油冷至室溫，然后進行回火處理，第一次回火溫度為540°C _570°C，保溫1-3小 時，冷卻至60°C后于530°C _550°C下進行第二次回火處理，得耐溫沖針半成品；
[0020] S4、表面拋光處理：將上述耐溫沖針半成品進行化學拋光處理即得耐溫沖針成品。
[0021] 在上述耐溫沖針的制備方法中，作為優(yōu)選，步驟S1中所述鍛造處理的鍛造溫度為 830°C -850°C。
[0022] 在上述耐溫沖針的制備方法中，作為優(yōu)選，步驟S2中所述等溫球化退火中加熱溫 度為800°C _850°C，保溫時間為2-4小時，等溫退火溫度為730°C _750°C，保溫時間為3-5 小時。
[0023] 在上述耐溫沖針的制備方法中，作為優(yōu)選，步驟S3中所述表面淬火處理為加熱至 1110°C -1130°c進行油冷淬火，保溫1-3小時后冷卻，然后進行回火處理，第一次回火溫度 為550°C _560°C，保溫3小時，冷卻至60°C后在540°C _550°C下進行第二次回火處理。
[0024] 在上述耐溫沖針的制備方法中，作為優(yōu)選，步驟S4中所述的化學拋光處理中拋光 溫度為10°c -40°c，拋光時間為0. 5-3min。
[0025] 在上述耐溫沖針的制備方法中，作為優(yōu)選，步驟S4中所述拋光液的組成成分為硝 酸、氫氟酸和乳化劑。
[0026] 所述耐溫沖針的鍛造工藝和等溫球化退火工藝，一方面可以細化晶粒，提高材料 的強韌性；另一方面可以形成均勻、細小、彌散分布的碳化物，為隨后的熱處理準備組織條 件，避免局部的應力集中而產(chǎn)生熱處理開裂，解決斷裂和龜裂的問題，同時也有助于提高沖 針的使用壽命。
[0027] 所述耐溫沖針的熱處理中，表面淬火過程使耐溫沖針工作層獲得良好且適用的組 織，充分發(fā)揮各元素在耐溫沖針中的作用，提高沖針本身工作層的硬度以及耐磨性。
[0028] 所述耐溫沖針的表面拋光處理，是為了去除其表面的氧化物、毛刺、污跡等，拋光 后的沖針表面更加光亮，同時提高了沖針的使用壽命。
[0029] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0030] 1)本發(fā)明耐溫沖針的原料配伍合理，通過各元素之間產(chǎn)生的協(xié)同作用，提高了沖 針的強度、硬度、耐高溫性、耐磨性等綜合性能。
[0031] 2)本發(fā)明耐溫沖針的制備方法簡單易行，通過特定原料的配伍及特定制備方法， 使制得的耐溫沖針的硬度可達56-58HRC，其使用壽命大有提高。
[0032] 3)與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明耐溫沖針大大減少了其他元素的使用，節(jié)約了生產(chǎn)成 本與資源，同時提高了生產(chǎn)效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034] 圖中，1、球面；2、大圓錐部；3、小圓錐部；4、圓柱部。

【具體實施方式】
[0035] 以下是本發(fā)明的具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的描述， 但本發(fā)明并不限于這些實施例。
[0036] 本發(fā)明耐高溫沖針包括圓柱部4、小圓錐部3和大圓錐部2,所述小圓錐部和大圓 錐部均設(shè)置有錐度且大圓錐部的錐度大于小圓錐部的錐度，小圓錐部的一端連接在圓柱部 的一端，小圓錐部的另一端連接至大圓錐部的一端，在大圓錐部的另一端的端部設(shè)置成球 面1。
[0037] 表1 :實施例1-3用于制備耐溫沖針的組成元素及質(zhì)量百分比
[0038]

【權(quán)利要求】
1. 一種耐溫沖針，其特征在于，所述耐溫沖針的組成元素及質(zhì)量百分比為：碳 (C) :0· 30 % -0· 40 %，鉻（Cr) :12· 50 % -14. 70 %，鑰（Mo) :0· 10 % -0· 20 %，錸（Re): 0.50%-1.20%，余量為鐵（Fe)以及不可避免的雜質(zhì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐溫沖針，其特征在于，所述雜質(zhì)中，硫（S)元素的質(zhì)量百分 比小于等于0.025%，磷（P)元素的質(zhì)量百分比小于等于0.025%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐溫沖針，其特征在于，所述耐溫沖針的組成元素及質(zhì)量 百分比為：碳（C) :0.35%，鉻（Cr) :13.50%，鑰（Mo) :0· 15%，錸（Re) :0.80%，余量為鐵 (Fe)以及不可避免的雜質(zhì)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐溫沖針，其特征在于，所述耐溫沖針的組成元素及質(zhì)量百 分比為：碳（C) :0· 30%，鉻（Cr) :14· 7%，鑰（Mo) :0· 1%，錸（Re) :1· 20%，余量為鐵（Fe) 以及不可避免的雜質(zhì)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐溫沖針，其特征在于，所述耐溫沖針的組成元素及質(zhì)量百 分比為：碳（C) :0.40%，鉻（Cr) :12.5%，鑰（Mo) :0.2%，錸（Re) :0.50%，余量為鐵（Fe) 以及不可避免的雜質(zhì)。
6. -種耐溫沖針的制備方法，其特征在于，所述的制備方法包括以下步驟： 51、 原料配制：按權(quán)利要求1中所述耐溫沖針的組成元素及質(zhì)量百分比配制原料，并在 820°C _870°C下鍛造成耐溫沖針坯件； 52、 退火處理：將耐溫沖針坯件進行等溫球化退火處理，再將其加工成耐溫沖針初成 品； 53、 淬火與回火：將耐溫沖針初成品加熱至1100°C -1150°C進行油冷淬火，保溫1-3小 時后冷卻，然后進行回火處理，第一次回火溫度為540°C _570°C，保溫1-3小時，冷卻至60°C 后于530°C _550°C下進行第二次回火處理，得耐溫沖針半成品； 54、 表面拋光處理：將耐溫沖針半成品進行化學拋光處理即得耐溫沖針成品。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述耐溫沖針的制備方法，其特征在于，步驟S1中所述鍛造處理的 鍛造溫度為830°C _850°C。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述耐溫沖針的制備方法，其特征在于，步驟S2中所述等溫球化退 火中加熱溫度為800°C _850°C，保溫時間為2-4小時，等溫退火溫度為730°C _750°C，保溫 時間為3-5小時。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述耐溫沖針的制備方法，其特征在于，步驟S3中所述表面淬火處 理為加熱至lll〇°C -1130°C進行油冷淬火，保溫1-3小時后冷卻，然后進行回火處理，第一 次回火溫度為550°C _560°C，保溫3小時，冷卻至60°C后在540°C _550°C下進行第二次回火 處理。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述耐溫沖針的制備方法，其特征在于，步驟S4中所述的化學拋光 處理中拋光溫度為l〇°C -40°C，拋光時間為0. 5-3min。
【文檔編號】B21D37/10GK104099519SQ201410322742
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】吳滿旵 申請人:寧波市鄞州文昌金屬制品有限公司