由馬氏體鉻鋼制造塑料模具的方法以及塑料模具的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種由馬氏體鉻鋼制造塑料模具的方法。
[0002] 本發(fā)明還涉及一種塑料模具。
【背景技術(shù)】
[0003] 在生產(chǎn)應用中，塑料模具要經(jīng)受多種負載，材料在長期運行中必須總是承受這些 負載。
[0004] 這些在材料上的負載主要包括化學腐蝕負荷（特別是在提高的溫度下通過所使 用的塑料壓制材料（如PVC)所產(chǎn)生的負載）、通過起研磨作用的壓制材料添加劑以及在各 自的產(chǎn)品撮（Erzeugungsschuesse)范圍的內(nèi)起力學沖擊作用的波動負荷所產(chǎn)生的模具工 作面的磨損負載。
[0005] 另外，經(jīng)常要求模具的工作面的高的拋光品質(zhì)，以便實現(xiàn)產(chǎn)品的美觀的表面。
[0006] 在越來越多的程度上，由變形的、經(jīng)過熱學調(diào)質(zhì)處理的成形件（譬如棒、塊和類似 物）通過切削加工制作塑料模具，其具有極高的尺寸精確性。該原料必須在整個內(nèi)截面上 具有同樣的材料性能以及同樣均質(zhì)的結(jié)構(gòu)、高的鋼純度以及同樣的力學材料特征值。
[0007] 作為帶有上述特征要求的塑料模具的材料，目前大多使用馬氏體鉻鋼。塑料模具 還經(jīng)常由根據(jù)AT407647的合金制作，并成功地加以使用。然而，有時該制造方法和各種合 金元素的當前濃度是這樣的，即，在每次制作時不是所有的預期值都完全達到馬氏體耐腐 蝕鉻鋼的性能特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 現(xiàn)在，本發(fā)明的目的在于，提供一種開頭所述類型的塑料模具的制造方法，用此實 現(xiàn)：即使在提高的溫度下也同樣高的腐蝕耐受度、成形的工作面的磨損強度、高的力學值特 別是用于使裂紋起始最小化并用于制造可靠性的韌性值、高的疲勞強度和硬度、極高的拋 光品質(zhì)、精細的在模具整個的截面上均質(zhì)的材料結(jié)構(gòu)。
[0009] 對于該類的制造塑料模具的方法，該任務由此解決，即，鋼錠用以下以重量％表示 的組成制造：
[0010]C=0.22至0.26
[0011]Si=0.01至0.35
[0012]Mn=0.15 至0. 60
[0013]P=最尚0? 025
[0014] S=最高0.003
[0015]Cr= 12.00至 14.00
[0016]Mo=0?10 至0?18
[0017] Ni=0.35至0.50
[0018] V=0.15至0.25
[0019] W=痕量至 0.20
[0020] Cu=痕量至 0.30
[0021] Co=痕量至 0.20
[0022] Ti=痕量至 0.02
[0023] Hf=痕量至 0.02
[0024] Zr=痕量至 0? 02
[0025] A1 = 0? 002 至 0? 02
[0026] Nb=痕量至 0.04
[0027] B=痕量至 0.001
[0028] N= 0. 08 至 0. 15
[0029] Ta=痕量至 0.04
[0030] As=痕量至 0? 005
[0031] 帶有下述條件：
[0032] Mn+Ni= 0. 55 至 0. 95
[0033] Mo+W/2 = 0. 11 至 0. 20
[0034] Ti+Hf+Zr=痕量至 0? 05
[0035] V+Nb+Ta= 0. 15 至 0. 30
[0036] Nb+Ta=痕量至 0? 04
[0037] Fe和雜質(zhì)元素=余量
[0038] 且?guī)в?4. 5以上至約15. 7的腐蝕耐受度PRE(N)(耐點蝕當量）值，并且，
[0039] 在高于1050°C的溫度以高于2. 5倍的變形度初級變形，然后，
[0040] 必要時在中間冷卻之后進行：在低于1050°C的溫度，由坯件制造至少一個模具基 件，由所述模具基件必要時在切削加工之后制造出塑料模具，并使這個塑料模具或所述模 具基件奧氏體化，并且，以帶有小于24的X值的冷卻速率進行淬火，然后，
[0041] 在510至550°C的范圍中的溫度進行至少兩次回火處理，其中，形成48至52HRC的 材料硬度以及該材料的在沖擊彎曲試驗中測得的至少60J的韌性，然后，
[0042] 最后進行切削最終加工，
[0043] 并且如果設置了的話，進行塑料模具的拋光。
[0044] 通過本發(fā)明獲得的優(yōu)勢主要在于，根據(jù)本方法制造的塑料模具即使在提高的溫度 下無論如何都具有期望的腐蝕耐受度、良好的磨損耐受度、高的力學性能值、特別是材料的 韌性、極高的拋光品質(zhì)、在截面上精細的均勻的材料結(jié)構(gòu)。
[0045] 為了達到塑料模具的上述有利的材料性能，正如所發(fā)現(xiàn)的，基于元素的反應動力 學，鋼的化學組成是重要的。
[0046] 在0. 22至0. 26重量％含量的狹窄界限內(nèi)的碳，以及0. 08至0. 15重量％濃度范 圍內(nèi)的氮是最終決定硬度和結(jié)構(gòu)的元素，其中，能夠?qū)崿F(xiàn)有利的碳氮化物形成。比〇. 15重 量％更高的氮含量以及特別是同時比〇. 26重量％更高的碳含量可以與形成碳化物的元素 和形成氮化物的元素形成粗制氮化物、碳化物或碳氮化物，其一方面降低了鋼的可拋光性 (可拋光性對力學性能有負面影響并特別是降低了腐蝕耐受度），這是因為，粗制含鉻混合 碳化物從表面區(qū)域的基質(zhì)中抽出鉻或者說降低了鉻含量，并由此促進腐蝕侵襲。
[0047] 如所發(fā)現(xiàn)的那樣，形成碳化物或形成碳氮化物的元素鉻、鉬、釩、鎢、鈦、鉿、鋯、鈮、 鉭的各自的活性通過它們在碳含量和氮含量方面的相互作用，在給定的范圍內(nèi)協(xié)調(diào)于所預 期的反應產(chǎn)品的大小、形狀和分布。然而在此重要的是，合計含量為：
[0048]Mo+W/2 =0?11 至0?20
[0049]Ti+Hf+Zr=痕量至0? 05
[0050]V+Nb+Ta=0?15 至0? 30
[0051]Nb+Ta=痕量至0? 04
[0052] 其分別為重量％。
[0053] 根據(jù)本發(fā)明，上述用于碳化物組分的求和公式考慮了反應動力學和碳化物的晶體 結(jié)構(gòu)（鉿、鋯和鉭的值通過化合物的自由生成焓計算出）。
[0054] 對于經(jīng)均質(zhì)化的材料的奧氏體化，針對淬火進行了：在上述濃度條件下的持續(xù)的 Cr-Mo-W溶解和大多數(shù)情況下V與（C和N)的化合。僅最精細的帶有釩的混合碳氮化物和 /或鈮和/或鉭的碳氮化物（其僅以最小的程度具有由多種元素制成的金屬部件）保持為 在基質(zhì)中以納米范圍的直徑均質(zhì)分布的狀態(tài)，并且防止了：在低于1050°C的給定的淬火溫 度下妨礙晶核生長，這最終對于改善塑料模具材料的力學性能起決定性作用。
[0055] 對于大的模具基件，為了在熱調(diào)質(zhì)時獲得足夠的淬入深度或淬透，設置了分別以 重量％給出的0. 15至0.60的錳和0.30至0.60的鎳。然而，為了控制這些元素的奧氏體 穩(wěn)定化的效果，根據(jù)本發(fā)明，限制性地設置了 0. 55至0. 95重量％的（Mn+Ni)含量。
[0056] 因為，如以上所述地在結(jié)構(gòu)形態(tài)中防止了碳氮化物析出物的粗?；?，不會強制性 地形成鉻在表面的顯著富集，如果該合金具有14. 4以上至約15. 7的PRE(N)值，這就在此 處防止了腐蝕侵襲。PRE(N)值由（％Cr+3. 3X%Mo+16X%N)得出。
[0057] 為了降低鑄件中已有的微觀偏析，或為了促進材料均勻性，有利的是，在1050°C以 上的溫度高于2. 5倍的變形度對原錠進行變形（變形度是起始截面除以最終截面的商）。
[0058] 對于在其化學組成方面符合本發(fā)明的特征的材料的淬火，必須在模具基件或模具 的整個截面上調(diào)整出馬氏體結(jié)構(gòu)，從而使用：對奧氏體強制冷卻，以形成馬氏體。小的冷卻 速率可以在晶界處，必要時也以小的程度導致形成珠光體結(jié)構(gòu)或中間體結(jié)構(gòu)，這決定性地 劣化了材料的韌性值。因此根據(jù)本發(fā)明，鋼的奧氏體溫度的冷卻速率以小于24的X值實 施。（由800°C至500°C的冷卻時間（秒）除以100,得出A值。）
[0059] 為了完全轉(zhuǎn)化為奧氏體，經(jīng)淬火的毛坯模具或者模具的回火要求：至少兩次將部 件加熱至在510至550°C的范圍中的溫度，以便調(diào)整出在48至52HRC的范圍中的材料硬度。 然后根據(jù)本發(fā)明，材料的韌性為：在沖擊彎曲試驗（根據(jù)ASTM，E23)中測得的至少60J。
[0060] 根據(jù)本發(fā)明的方法有利的實施方式在權(quán)利要求2和3中示出。
[0061] 根據(jù)本發(fā)明所述的制造塑料模具的方法，其中，鋼錠具有以下以重量％表示的組 成：
[0062]C=0?23 至0?25
[0063]Si= 0? 20 至 0? 30
[0064] Mn=0? 32至小于0? 5
[0065] P=最尚 0? 022
[0066]S=最高0? 0008
[0067] Cr=13. 00至13. 60
[0068]Mo =0?12 至0?16
[0069]Ni =0?38 至0?48
[0070]V=0?18 至0?21
[0071] W=痕量至0.20
[0072] Cu=痕量至0.30
[0073] Co=痕量至0.20
[0074] Ti =痕量至 0? 008
[0075] Hf=痕量至0.02
[0076] Zr=痕量至0? 02
[0077] A1 = 0. 006 至 0. 018
[0078] Nb=痕量至0.03
[0079] B=痕量至 0.001
[0080] N=0? 10至0? 13
[0081]Ta=痕量至0.04
[0082]As=痕量至0? 005
[0083] 帶有下述條件：
[0084]Mn+Ni=0. 50至0. 9
[0085]Mo+W/2 =0.14 至0.18
[0086]Ti+Hf+Zr=痕量至 0? 006
[0087]V+Nb+Ta=0.18 至0.25
[0088]Nb+Ta=0. 005至0. 03
[0089]Fe和雜質(zhì)元素=余量。
[0090] 本發(fā)明還涉及一種塑料模具，其帶有高的力學負載能力和高的化學腐蝕負載能力 (化學腐蝕耐受性）以及高的拋光