一種用于高強(qiáng)度鍛造的模具材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于模具鋼領(lǐng)域，具體的說(shuō)，涉及一種用于高強(qiáng)度鍛造的模具材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]模具鋼是用來(lái)制造冷沖模、熱鍛模壓鑄模等模具的鋼種。模具的質(zhì)量直接影響著壓力加工工藝的質(zhì)量、產(chǎn)品的精度產(chǎn)量和生產(chǎn)成本，而模具的質(zhì)量與使用壽命除了靠合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工精度外，主要受模具材料自身和熱處理工藝的影響。
[0003]模具鋼大致可分為:冷軋模具鋼、熱軋模具鋼和塑料模具鋼三類，最常見(jiàn)的是用于鍛造、沖壓、切型、壓鑄等。由于各種模具用途不同，工作條件復(fù)雜，因此對(duì)模具用鋼，按其所制造模具的工作條件，應(yīng)具有較高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性，足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。由于這類用途不同，工作條件復(fù)雜，因此對(duì)模具用鋼的性能要求也不同。
[0004]冷軋模具包括冷沖模、拉絲模、拉延模、壓印模、搓絲模、滾絲板、冷鐓模和冷擠壓模等。冷作模具用鋼，按其所制造具的工作條件，應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性、足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。用于這類用途的合金工具用鋼一般屬于高碳合金鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.80%以上，鉻是這類鋼的重要合金元素，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常不大于5%o但對(duì)于一些耐磨性要求很高，淬火后變形很小模具用鋼，最高鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)13%，并且為了形成大量碳化物，鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)也很高，最高可達(dá)2.0%?2.3%。冷作模具鋼的碳含量較高，其組織大部分屬于過(guò)共析鋼或萊氏體鋼。熱軋模具分為錘鍛、模鍛、擠壓和壓鑄幾種主要類型，包括熱鍛模、壓力機(jī)鍛模、沖壓模、熱擠壓模和金屬壓鑄模等。熱變形模具在工作中除要承受巨大的機(jī)械應(yīng)力外，還要承受反復(fù)受熱和冷卻的做用，而引起很大的熱應(yīng)力。熱作模具鋼除應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、紅硬性、耐磨性和韌性外，還應(yīng)具有良好的高溫強(qiáng)度、熱疲勞穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性和耐蝕性，此外還要求具有較高的淬透性，以保證整個(gè)截面具有一致的力學(xué)性能。
[0005]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)模具材料的要求越來(lái)越高，尤其是大型模具對(duì)材料的要求越來(lái)越高，一方面要求剛度好，另外一方面還要心部韌性好、使用壽命長(zhǎng)，成本低，尤其是對(duì)于鍛造加工的模具，要適合鍛造，不能再鍛造時(shí)產(chǎn)生裂紋，而現(xiàn)有的模具材料已經(jīng)無(wú)法滿足科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要。
[0006]中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01010198945.0，申請(qǐng)日:2010年06月11日，公開了一份名稱為一種大型盤類件的旋轉(zhuǎn)鍛造方法及鍛造裝置的專利申請(qǐng)文件，該發(fā)明提出了一大型盤類件的旋轉(zhuǎn)鍛造方法及鍛造裝置。該方法包括鍛造模具的設(shè)計(jì)、坯料準(zhǔn)備、預(yù)鍛分流槽、定位坯料和分步旋轉(zhuǎn)鍛造，并且基于該方法本發(fā)明提出了一種可以實(shí)現(xiàn)上鍛模和下模相對(duì)旋轉(zhuǎn)的鍛造裝置，通過(guò)上鍛模和下模的旋轉(zhuǎn)鍛造來(lái)對(duì)盤類工件進(jìn)行局部的漸進(jìn)成形。為了對(duì)鍛造過(guò)程中金屬的流動(dòng)進(jìn)行控制，在旋轉(zhuǎn)鍛造前加入了分流槽預(yù)鍛造工步。并且，針對(duì)旋轉(zhuǎn)鍛造過(guò)程中工件翹曲現(xiàn)象，提出了采用特殊結(jié)構(gòu)的上鍛模。該成形方法成形載荷低，模具簡(jiǎn)單加工費(fèi)用低，可以很大程度的降低目前大型盤類件的制造成本。
[0007]但是這些不適合批量的加工，尤其是鍛造模具。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]1、要解決的問(wèn)題
[0009]針對(duì)現(xiàn)在對(duì)鍛造毛坯的性能要求越來(lái)越高，而現(xiàn)有技術(shù)中模具材料和處理方法存在在鍛造過(guò)程中產(chǎn)生裂紋、壽命短等缺陷的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種用于高強(qiáng)度鍛造的模具材料及其制備方法，其鍛造后的模具無(wú)裂紋，晶粒度細(xì)小，使用壽命延長(zhǎng)。
[0010]2、技術(shù)方案
[0011]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0012]—種用于高強(qiáng)度鍛造的模具材料，其組成元素及重量百分比為:C:0.36?0.38%；Si:0.30 ?0.50% ;P 彡 0.035% ；S 彡 0.010% ；Cr:6.8 ?7.6% ;Mo:4.7 ?5.4% ;V:1.8 ?2.6% ;其余為 Fe。
[0013]一種用于高強(qiáng)度鍛造的模具材料，其組成元素及重量百分比為:C:0.37% ;Si:0.40% ；P 彡 0.035% ；S 彡 0.010% ；Cr:7.1% ；Mo:5.0% ；V:2.1% ;其余為 Fe。
[0014]一種用于高強(qiáng)度鍛造的模具材料的處理方法，其步驟為:
[0015]I)按照前面所述的配方制備毛坯；
[0016]2)將步驟I)中得到的毛坯預(yù)熱到400?500。。，保溫30?70min，然后加熱到850?870°C，保溫30-60min ;然后加熱到1040?1060°C，保溫20?60min，加熱速度控制在20?30 °C /min ;淬火；
[0017]3)將步驟2)中得到的工件加熱到400?650°C，保溫60_100min，空冷得到所要加工的工件。
[0018]優(yōu)選地，所述的步驟2)中的淬火為水淬。
[0019]優(yōu)選地，所述的水淬采用專利號(hào)為201310350402.X中的淬火劑。
[0020]優(yōu)選地，所述的步驟3)中空冷時(shí)采用吹氣的方式，氣體中添加體積含量分?jǐn)?shù)為8-13%的二氧化碳。添加二氧化碳后，冷卻的過(guò)程中避免表面裂紋產(chǎn)生，同時(shí)能在其表面形成保護(hù)層。
[0021]本發(fā)明的材料在1030?1080°C時(shí)會(huì)析出α -Cr ; α -Cr不但沒(méi)有降低其韌性，反倒在鍛造過(guò)程中降低其裂紋傾向，提高使用壽命，尤其是提高鍛造后材料的壽命。本發(fā)明的材料在熱處理過(guò)程中能在晶界處形成第二相彌散析出，阻礙了位錯(cuò)在晶界處的移動(dòng)，利用第二相在晶界處的釘扎作用，降低了裂紋傾向。
[0022]3、有益效果
[0023]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為:
[0024](I)本發(fā)明不采用Mn，提高了 Cr、Mo和V的含量，利用第二相強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化，降低了其裂紋傾向，有利于鍛造加工，同時(shí)提高了抗疲勞性能，延長(zhǎng)了工件的使用壽命；
[0025](2)本發(fā)明的加工方法能促進(jìn)第二相的形成，避免裂紋產(chǎn)生，尤其是加熱速度的控制，強(qiáng)化彌散效果。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0027]實(shí)施例1
[0028]一種用于高強(qiáng)度鍛造的模具材料，其組成元素及重量百分比為:C:0.36% ;Si:0.50% ；P 彡 0.035% ；S 彡 0.010% ；Cr:7.6% ；Mo:4.7% ；V:2.6% ;其余為 Fe。
[0029]該用于高強(qiáng)度鍛造的模具材料的制備方法，其步驟為:
[0030]I)將原料按 C:0.36 % ；S1:0.50 % ；P ^ 0.035 % ；S ^