專利名稱：用于擠壓工具的鋼的制作方法
用于擠壓工具的鋼 本發(fā)明涉及意圖用于各種熱成形工具和模具中的鋼，特別是用于擠壓鋁合金或其它非鐵金屬的熱成形工具和模具中的鋼。盡管初始設(shè)計(jì)用于擠壓工藝，但是所述材料也能用于其中待成形的金屬承受高于600°c的溫度的其它熱成形工藝，雖然所述鋼能夠被用于較低溫度或甚至環(huán)境溫度下的工藝。所考慮的鋼的組成使其可被歸類為熱加工工具鋼，其主要特征在于較低含量的高成本合金化元素例如鑰和釩，但是具有比現(xiàn)有技術(shù)概念的常規(guī)鋼更大的耐回火性(tempering resistance)(或硬度損失抵抗性)。提供了本發(fā)明鋼的另外替代品以便增加滲氮后的硬度，并且可產(chǎn)生比常規(guī)鋼甚至更高的性能水平，同時(shí)由于較簡(jiǎn)單的化學(xué)組成而保持低的成本。通過仔細(xì)設(shè)計(jì)合金并設(shè)定下述元素的最佳范圍而可能實(shí)現(xiàn)這種效果:碳、鉻、鑰和鋁。術(shù)語熱加工工具被應(yīng)用于在工業(yè)中采用的且專注于生產(chǎn)用于機(jī)械應(yīng)用的零件尤其是汽車零件的大量熱成形操作中。最常見的熱成形工藝是鋼的鍛造、以及非鐵合金的擠壓或鑄造。在高溫下(典型高于500°C/600°C)執(zhí)行的其它應(yīng)用也可被歸類為熱加工。在這些應(yīng)用中，模子、模具、沖頭、嵌塊和其它成形裝置可用如下通用術(shù)語進(jìn)行歸類:熱加工工具。這些工具通常由鋼制成，所述鋼需要特殊的性能以便承受利用這些工具的工藝中的高溫和機(jī)械作用力。在熱加工鋼的關(guān)鍵性能中，下述性能引人關(guān)注:高溫回火后的抵抗性、對(duì)硬度損失的抵抗性(稱為耐回火性)，韌性，淬硬性，和物理特性，諸如熱導(dǎo)率和比熱。用于非鐵合金特別是鋁合金的擠壓模具是利用本發(fā)明鋼的主要熱加工目標(biāo)。這些典型的模具構(gòu)成巴西和國(guó)外的工具鋼市場(chǎng)的重要分部。在該應(yīng)用中，這些鋼是非常標(biāo)準(zhǔn)化的，基于諸如ABNT H13 (參見表I)之類的鋼，其品質(zhì)要求不如其它應(yīng)用例如壓力模具鑄造嚴(yán)格，而是強(qiáng)調(diào)較低的生產(chǎn)成本。金屬合金的成本增加(尤其是Mo和V)顯著損害該分部，從而更渴望低成本的替代品。已經(jīng)采用了低合金鋼例如DIN 1.2714(表I中給出的化學(xué)組成)。但是，其由于減小的熱強(qiáng)度和較低的滲氮后硬度而導(dǎo)致的較低耐磨性妨礙其得到應(yīng)用。最近的發(fā)展(例如US 2009/0191086)關(guān)注于通過減小的Cr、Mo和V含量而減少合金化元素。但是，減少Cr含量產(chǎn)生不利的影響。首先，合金的組成不足以實(shí)現(xiàn)高的回火后硬度(在600°C下回火后至少為45HRC)。其次，減小的Cr含量也可產(chǎn)生較低的滲氮后硬度，這不適合于擠壓應(yīng)用，考慮到在這些應(yīng)用中通過滲氮產(chǎn)生的明顯益處(目前幾乎所有擠壓模具均被滲氮)。表1:現(xiàn)有技術(shù)概念的鋼的典型化學(xué)組成。示出了總和Mo+V+Co，因?yàn)檫@些元素具有最高的成本且與工具鋼的最終成本密切相關(guān)。含量按質(zhì)量百分比計(jì)且Fe為余量。對(duì)于所有擠壓應(yīng)用，W含量為低， 通?！?.1%。
權(quán)利要求
1.關(guān)于擠壓工具的鋼，其特征在于，合金化元素的組成按質(zhì)量百分比基本由如下構(gòu)成:0.40 至 0.60 的 C、低于 1.0 的 S1、低于 0.030 的 Ρ、2.5 至 4.5 的 Cr,0.5 至 0.7 的 Mo,0.10至1.0的V、低于1.0的Mn、至多1.0的Al，其余由Fe和不可避免的有害物質(zhì)構(gòu)成。
2.關(guān)于擠壓工具的鋼，其特征在于，合金化元素的組成按質(zhì)量百分比基本由如下構(gòu)成:0.40 至 0.60 的 C、低于 0.50 的 S1、低于 0.030 的 Ρ、3.0 至 4.2 的 Cr,0.55 至 0.65 的 Mo、0.30至0.8的V、低于0.8的Mn、至多0.80的Al，其余由Fe和不可避免的有害物質(zhì)構(gòu)成。
3.關(guān)于擠壓工具的鋼，其特征在于，合金化元素的組成按質(zhì)量百分比基本由如下構(gòu)成:0.45 至 0.55 的 C、低于 0.5 的 S1、低于 0.030 的 Ρ、3.5 至 4.2 的 Cr、0.55 至 0.65 的 Mo、0.30至0.50的V、低于0.50的Mn、至多0.60的Al，其余由Fe和不可避免的有害物質(zhì)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的用于擠壓工具的鋼，其特征在于，Al含量限于0.10，按質(zhì)量百分比計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的用于擠壓工具的鋼，其特征在于，鋁含量(0.05，按質(zhì)量百分比計(jì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的用于擠壓工具的鋼，其特征在于，鈷和鎳的含量〈1.0，按質(zhì)量百分比計(jì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的用于擠壓工具的鋼，其特征在于，磷和硫的含量〈0.030，按質(zhì)量百分比計(jì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的用于擠壓工具的鋼，其特征在于，磷含量〈0.010，按質(zhì)量百分比計(jì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任 一項(xiàng)所述的用于擠壓工具的鋼，其特征在于，以lMo=2W的比率用W替代Mo。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的用于擠壓工具的鋼，其特征在于，以lV=2Nb或ITi的比率用Nb或Ti替代V。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的用于擠壓工具的鋼，其特征在于，在淬火和回火以實(shí)現(xiàn)30HRC至60HRC的硬度之后使用，接著進(jìn)行滲氮熱處理以獲得800HV至1500HV的表面硬度至0.50mm的最大厚度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的用于擠壓工具的鋼，其特征在于，所述鋼被應(yīng)用于模子、模具和通用工具中，用于在室溫或至多1300°C的溫度下對(duì)固體材料和液體材料進(jìn)行成形。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的用于擠壓工具的鋼，其特征在于，在鐵合金或非鐵合金的鍛造、擠壓或鑄造的應(yīng)用中，所述鋼被應(yīng)用到用于在300°C至1300°C的溫度下使金屬成形的工具。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的用于擠壓工具的鋼，其特征在于，所述鋼被應(yīng)用到非鐵合金特別是鋁合金的熱擠壓工具，以及被應(yīng)用到實(shí)心型材或管材的擠壓模具。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的用于擠壓工具的鋼，其特征在于，生產(chǎn)所述鋼以便用于涉及坯料鑄造以及熱成形和冷成形的工藝，或者甚至與熔融的總體結(jié)構(gòu)一起使用。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的用于擠壓工具的鋼，其特征在于，生產(chǎn)所述鋼以便用于涉及液態(tài)金屬的破碎的工藝，例如粉末冶金、粉末注射或通過噴射成形的工藝。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于擠壓工具的鋼，所述鋼具有比常規(guī)H13鋼更低的成本和提高的耐回火性，其化學(xué)組成如下(按重量百分比計(jì))0.4至0.6的碳；小于1的硅；小于0.03的磷；2.5至4.5的鉻；0.5至0.7的鉬，可用鎢以2W/1Mo的比率替代鉬；0.1至1的釩；小于1的錳；Fe和不可避免的雜質(zhì)基本上構(gòu)成余量。作為用于提供高的滲氮后表面硬度的選項(xiàng)，本發(fā)明的鋼可具有至多1.0的Al含量；但是為了高韌性的目的，Al含量必須保持低于0.10。
文檔編號(hào)C22C38/00GK103097562SQ201180020085
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月8日
發(fā)明者C·A·巴爾博扎, R·A·梅斯基塔 申請(qǐng)人:維拉雷斯金屬股份公司