專利名稱：汽車模具用空硬型合金球鐵模具材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車模具用空硬型合金球鐵模具材料及其制造方法，屬合金鑄鐵材料制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
汽車覆蓋件凹模、凸模和壓邊圈等模具屬拉深模，在工作過(guò)程中，要承受強(qiáng)烈的摩擦、徑向應(yīng)力及壓縮應(yīng)力，經(jīng)常因?yàn)槌叽缒p和表面產(chǎn)生溝槽而報(bào)廢，因此覆蓋件模具應(yīng)該具有較高的硬度和耐磨性。由于其尺寸較大且形狀復(fù)雜，通常采用合金鑄鐵鑄造而成，其中Cr-Mo鑄鐵因具有良好的綜合性能，而得到廣泛應(yīng)用。但是由這類合金鑄鐵澆鑄出的覆蓋件模具在進(jìn)行表面處理后，如火焰淬火，在生產(chǎn)使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)沖壓出的覆蓋件表面精度不夠或尺寸偏差等現(xiàn)象。造成這些情況的主要原因是模具材料成分、組織控制不當(dāng)而引起模具最后淬火不良硬度不夠的情況發(fā)生。因此，如何獲得高品質(zhì)的汽車覆蓋件模具材料及模具毛坯對(duì)于提高模具使用壽命至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種汽車模具用空硬型合金球鐵模具材料及其制備方法。本發(fā)明的另一目的是改進(jìn)現(xiàn)有傳統(tǒng)使用的Cr-Mo鑄鐵成分，并且提高模具材料最后淬火硬度的滿足使用要求。
本發(fā)明一種汽車模具用空硬型合金球鐵模具材料，其特征在于具有以下的化學(xué)組成(重量％)C 3.5～3.8，Si 2.1～2.5，Mn 0.5～0.8，Cr 0.1～0.3，Cu 0.8～1.0，Mo 0.4～0.6，Ni 0.2～0.4，P＜0.02，S＜0.02，F(xiàn)e余量上述成分模具材料的制備方法，其特征在于具有以下的工藝過(guò)程和步驟a.依據(jù)上述設(shè)計(jì)的材料化學(xué)組成進(jìn)行配料，置于中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為1350～1450℃；b.將制得的鑄件采用表面熱處理，加熱溫度為850～950℃范圍，隨后在空氣中驟冷淬火進(jìn)行表面熱處理；可采用音頻感應(yīng)加熱電源，其使用頻率為10-25KHz，輸出功率為20-28KW。
本發(fā)明汽車模具合金球鐵模具材料的化學(xué)組成，其確定和設(shè)計(jì)的依據(jù)如下C是產(chǎn)生高碳相的基礎(chǔ)。其生成的石墨對(duì)基體的割裂作用和鑄造應(yīng)力集中的有害影響在件承受壓應(yīng)力作用時(shí)較小，所以鑄鐵的抗拉強(qiáng)度較高，適用于制造在壓應(yīng)力作用下工作的拉深模。另外，石墨的存在已經(jīng)造成大量的內(nèi)缺口，因此，鑄鐵還具有缺口不敏感的特點(diǎn)，但是隨著C的增加，鑄鐵的石墨化程度增加而變得粗大，珠光體減少而鐵素體增加，硬度減小，故C應(yīng)在3.5-3.8％為宜。
Si是促進(jìn)C石墨化的元素，溶于鐵素體中，使鐵素體的強(qiáng)度和硬度均有提高，塑性相應(yīng)有所降低，但Si含量較高時(shí)會(huì)使機(jī)械性能下降，故控制在2.1-2.5％。
Mn能溶于鐵素體和滲碳體，增強(qiáng)鐵和碳原子的結(jié)合力，因而它是阻礙石墨化促進(jìn)碳化物形成的元素，而且它是穩(wěn)定珠光體元素，能提高強(qiáng)度、硬度及耐磨性，可與S化合抵消一部分S的有害作用，但Mn含量過(guò)高會(huì)使脆性增加，使Mn的含量應(yīng)根據(jù)原始鐵水中S的含量等因素綜合考慮，控制在0.5-0.8％。
Cu能減小鑄鐵對(duì)斷面的敏感性，改善石墨形態(tài)，促進(jìn)珠光體的形成，并細(xì)化珠光體，提高珠光體的顯微硬度，從而增加鑄鐵的耐磨性。Cu能改善韌性，提高耐蝕性和導(dǎo)熱性，與Mn、Si合用可增加流動(dòng)性，有利澆鑄成型，并能細(xì)化石墨，但Cu的含量過(guò)高會(huì)產(chǎn)生熱裂傾向，以0.8-1.0％為宜。
Cr為反石墨化作用元素，縮小γ區(qū)，有利于提高耐磨性和保持高溫強(qiáng)度，并且Cr能增加材料的淬透性，雖然作用不如Mn和Mo，但是成本效益很高。但Cr容易促使晶粒長(zhǎng)大，并且是碳化物的穩(wěn)定元素，因此控制在0.1-0.3％。
Mo是一種強(qiáng)淬透性添加劑，能細(xì)化珠光體和石墨，抗腐蝕和氧化能力較好，Mo能穩(wěn)定碳化物，強(qiáng)化鐵素體，因此控制在0.4～0.6％。
Ni在鑄鐵中有輕微的石墨化作用，能溶于液體鐵及奧氏體，降低奧氏體轉(zhuǎn)變溫度，擴(kuò)大奧氏體區(qū)，細(xì)化并增加珠光體，并且是較好的淬透性添加劑，能夠有效的改善低溫性能，但Ni較貴，因此控制在0.2～0.4％。
S和P為有害元素，其含量均應(yīng)控制在最低限度，以免產(chǎn)生惡化鑄鐵性能的不良后果，應(yīng)使P和S的含量低于0.02％。
本發(fā)明方法制得的合金球鐵模具材料，其鑄態(tài)硬度為HB200-230，空淬表面硬度為60HRC，淬硬層深度超過(guò)2.5mm，其加工工藝性較強(qiáng)。它完全適用于高硬度和高耐磨性表面要求的汽車覆蓋件模具。
本發(fā)明方法制得的合金球鐵材料，其單鑄試樣的抗拉強(qiáng)度在520-580mg/mm2范圍內(nèi)。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的實(shí)施例敘述于后。
實(shí)施例1本實(shí)施例中，采用合金球鐵材料的化學(xué)組成(重量％)如下C 3.7，Si 2.4，Mn 0.6，Cr 0.2，Cu 0.9，Mo 0.5，Ni 0.3，P＜0.02，S＜0.02，F(xiàn)e余量將配合料放于中頻感應(yīng)電爐熔煉，熔煉溫度為1400℃。制得的鑄件，其尺寸為φ60×150mm，作為試樣；然后采用音頻感應(yīng)加熱設(shè)備進(jìn)行表面淬火處理，溫度控制在850～950℃溫度范圍，冷卻方式為空氣冷卻，使用頻率為10-25KHz，輸出功率為20-24KW。
經(jīng)表面感應(yīng)淬火后，測(cè)試結(jié)果，其表面平均硬度為60HRC，淬硬層深度為2.75mm。
權(quán)利要求
1.一種汽車模具用空硬型合金球鐵模具材料，其特征在于具有以下的化學(xué)組成及重量百分含量為C 3.5～3.8，Si 2.1～2.5，Mn 0.5～0.8，Cr 0.1～0.3，Cu 0.8～1.0，Mo 0.4～0.6，Ni 0.2～0.4，P＜0.02，S＜0.02，F(xiàn)e余量
2.如權(quán)利要求1所述的一種汽車模具用空硬型合金球鐵模具材料的制備方法，其特征在干具有以下的工藝過(guò)程和步驟a.依據(jù)上述設(shè)計(jì)的材料化學(xué)組成進(jìn)行配料，置于中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為1350～1450℃；b.將制得的鑄件采用表面熱處理，加熱溫度為850～950℃范圍，隨后在空氣中驟冷淬火進(jìn)行表面熱處理；可采用音頻感應(yīng)加熱電源，其使用頻率為10-25KHz，輸出功率為20-28KW。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種汽車模具空硬型合金球鐵模具材料及其制備方法，屬合金鑄鐵材料制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明合金球鐵模具材料具有以下的化學(xué)組成(重量％)C3.5～3.8，Si 2.1～2.5，Mn 0.5～0.8，Cr 0.1～0.3，Cu 0.8～1.0，Mo 0.4～0.6，Ni 0.2～0.4，P＜0.02，S＜0.02，F(xiàn)e余量。其制備方法如下按上述化學(xué)組成要求進(jìn)行配料，將配好的材料置干中頻感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行熔煉溫度為1350～1450℃。將制得的鑄件進(jìn)行表面音頻感應(yīng)淬火處理，在850～950℃加熱，然后在空氣中驟冷淬火；音頻感應(yīng)電源的頻率為10－25KHz，輸出功率為20－28KW。經(jīng)表面感應(yīng)淬火后，其表面硬度可達(dá)60HRC，淬硬層深度超過(guò)2.5mm，并且鑄態(tài)硬度為230，該材料具有良好的機(jī)械加工性能，完全適用于高硬度和高耐磨性表面要求的汽車模具。
文檔編號(hào)C22C38/44GK1693526SQ20051002585
公開日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2005年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月17日
發(fā)明者吳曉春, 汪宏斌, 楊行玉 申請(qǐng)人:上海大學(xué)