專利名稱：用于塑料成型用模具的預(yù)硬化鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于塑料成型用模具的預(yù)硬化鋼，其用于使(例如)電視、個(gè)人電腦、移動(dòng)電話等的零件成型。
背景技術(shù)：
近些年來(lái)，模制塑料制品被用于各個(gè)領(lǐng)域中。通常，(例如)通過(guò)將熱的熔融樹脂引入塑料成型用模具(例如注射成型用模具)的腔體中，之后冷卻并固化該樹脂，由此將該樹脂模制成所需的形狀，從而制備模制塑料制品。在生產(chǎn)這種模制塑料制品的過(guò)程中，當(dāng)成型溫度高或者使用包含阻燃劑的樹脂時(shí)，易于產(chǎn)生腐蝕性氣體。此外，切割加工和其他加工中所使用的潤(rùn)滑油、工作人員手上的油脂類物質(zhì)等易于粘附至塑料成型用模具上。因此，要求用于塑料成型用模具的鋼材具有 一定程度的耐腐蝕性，使得在利用該模具進(jìn)行模具制造時(shí)，鋼材不會(huì)生銹，其耐腐蝕性方面不會(huì)產(chǎn)生任何問(wèn)題。此外，從制備模制塑料制品的角度來(lái)說(shuō)，希望在短時(shí)間內(nèi)模制出大量的產(chǎn)品。因此，從在短循環(huán)時(shí)間內(nèi)重復(fù)進(jìn)行模制的加熱/冷卻操作的角度來(lái)說(shuō)，用于塑料成型用模具的鋼材需要具有高的導(dǎo)熱系數(shù)。此外，通常，如上所述，為了在短時(shí)間內(nèi)模制大量的產(chǎn)品，采用了這樣的工藝，在該工藝中縮短了模具的冷卻水通道與分型面之間的距離。在這種情況中，由于模具中從冷卻水通道至分型面的模具這一部分的厚度變薄，因此擔(dān)心在成型過(guò)程中模具會(huì)由于沖擊而發(fā)生破裂等。因此，用于塑料成型用磨具的鋼材需要具有高的沖擊值(耐沖擊性)，從而使模具在豐旲制塑料制品的生廣過(guò)程中能夠經(jīng)受住沖擊。此外，有些塑料產(chǎn)品沒(méi)有覆層，并且其表面紋理直接由模具腔體的表面決定。由于這些產(chǎn)品要求具有高表面質(zhì)量，因此模具腔體表面的鏡面加工性(mirror surfacefinishing properties)是重要的因素。通常認(rèn)為，用于模具的鋼材的硬度越高，其鏡面加工性越好。因此，從確保優(yōu)異的鏡面加工性的角度來(lái)看，用于塑料成型用模具的鋼材要求具有高硬度。同時(shí)，專利文獻(xiàn)I公開了一種用于模具的時(shí)效硬化型鋼，以重量％計(jì)，其包含O. 01%-0. 15% 的 C、0. l%-2. 0% 的 Si,O. 5%-2. 0% 的 Mn,2. 1%_5· 0% 的 Cr,2. 0%-3. 5% 的 Ni、O. 7%-1. 5%的Cu、至多O. 09%的Mo和O. 4%-1. 5%的Al,以及余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。專利文獻(xiàn)I所描述的發(fā)明是這樣的用于模具的時(shí)效硬化型鋼其具有上述合金組成，因此防止因熱加工而產(chǎn)生結(jié)疤，其通過(guò)時(shí)效處理而具有35HRC至45HRC的硬度，并且具有優(yōu)異的壓花性能、優(yōu)異的耐腐蝕性和令人滿意的滲氮特性。專利文獻(xiàn)2公開了一種用于塑料成型用模具的鋼，以質(zhì)量％計(jì)，其包含O. 09%-0. 13% 的 C、0. 10%-0. 40% 的 Si,O. 30%-0. 80% 的 Mn,O. 030% 的 Ρ、0· 80%-1. 20% 的 Cu、
2.50%-3. 50% 的 Ni,2. 0%-3. 0% (不含 3. 0%)的 Cr,O. 10%-0. 40% 的 Mo,O. 50%-1. 50% 的 Al、O. 0200%的N和O. 0100%的0，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。專利文獻(xiàn)2所描述的發(fā)明具有上述合金組成，并且C、Mn和Cr滿足特定的要求，因此其具有耐腐蝕性和導(dǎo)熱性，并且還可以抑制在精整拋光過(guò)程中產(chǎn)生波紋。專利文獻(xiàn)I JP-A-63-76855專利文獻(xiàn)2 :JP-A-2010_242147順便提及的是，專利文獻(xiàn)I和專利文獻(xiàn)2中所描述的模具用鋼通常被稱為沉淀硬化型(或時(shí)效硬化型)鋼。這種沉淀硬化型鋼經(jīng)過(guò)溶液熱處理，從而使該鋼材具有均勻的馬氏體結(jié)構(gòu)或貝氏體結(jié)構(gòu)，之后對(duì)其進(jìn)行時(shí)效處理以形成細(xì)沉淀物，由此產(chǎn)生沉淀硬化。具體而言，在為用于塑料成型用模具的鋼的情況中，通過(guò)時(shí)效處理(其中將鋼加熱至大約500°C)操作，將溶解在基質(zhì)中的Ni、Al和Cu以金屬間化合物的形式沉淀在基質(zhì)中。基質(zhì)由此得到強(qiáng)化，從而獲得了為約40HRC的硬度。圖I為通過(guò)曲線示出常見(jiàn)的沉淀硬化型鋼的硬度與時(shí)效溫度之間的關(guān)系的展示圖。該曲線(以下稱為時(shí)效曲線)表明，隨著時(shí)效溫度的升高，Ni (其對(duì)硬度的貢獻(xiàn)最大)與·Al結(jié)合形成細(xì)沉淀物，從而形成硬度峰P。之后，在峰P之后，隨時(shí)效溫度的升高，沉淀物晶體生長(zhǎng)并且硬度降低。即，圖I中的時(shí)效曲線在右側(cè)呈下降趨勢(shì)。從防止模具因模具硬化(模具硬化由塑料產(chǎn)品的模制(生產(chǎn))過(guò)程中模具所經(jīng)歷的受熱歷程而導(dǎo)致)而發(fā)生破裂(裂紋)的角度來(lái)看，在時(shí)效曲線中位于硬度峰P之后的所謂過(guò)時(shí)效側(cè)區(qū)域內(nèi)來(lái)確定操作時(shí)效溫度。在圖I所示出的關(guān)系中，應(yīng)當(dāng)采用500°C至510°C的時(shí)效溫度來(lái)獲得36HRC至42HRC的硬度。然而，由于操作本身的特點(diǎn)，很難精確地控制用于塑料成型用模具的鋼材的時(shí)效硬化溫度。具體而言，由于在普通的沉淀硬化型鋼所示出的時(shí)效曲線中，過(guò)時(shí)效側(cè)的坡度較陡，因此獲得合適硬度的時(shí)效溫度范圍較窄。在實(shí)際操作中，取決于諸如待熱處理的模具的大小、熱處理爐等環(huán)境因素，難以均勻地進(jìn)行時(shí)效處理，并且時(shí)效溫度范圍窄會(huì)導(dǎo)致通過(guò)該失效處理而獲得的模具的硬度不均勻。因此，常規(guī)的用于塑料成型用模具的鋼材存在這樣的問(wèn)題由該鋼材通過(guò)時(shí)效處理而制成的模具往往具有不均勻的硬度，從而難以獲得穩(wěn)定的硬度。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問(wèn)題完成了本發(fā)明。本發(fā)明的目的是通過(guò)時(shí)效處理，使用于塑料成型用模具的預(yù)硬化鋼能夠形成這樣的模具，該模具幾乎不具有硬度不均勻性，同時(shí)保持了鏡面加工加工性、耐腐蝕性、導(dǎo)熱性和耐沖擊性。本發(fā)明人進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)所述問(wèn)題能夠得以解決。用于克服所述問(wèn)題的具體手段為以下I至3項(xiàng)。I. 一種用于塑料成型用模具的預(yù)硬化鋼，包含以質(zhì)量％計(jì)，C :0.09% 至 O. 13%，Si :0.20% 至 O. 40%，Mn :0. 40% 至 O. 60%，P :至多 O. 100%,Cr : 2. 00% 至 3. 00%，Cu 0. 60% 至 O. 90%,
Ni :2. 00% 至 2. 45%，Mo 0. 20% 至 O. 40%,Mo/Ni O. 09,Al 0. 60% 至 O. 90%,O :至多 O. 0100%,以及N :至多 O. 0100%,余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。2.根據(jù)項(xiàng)I所述的用于塑料成型用模具的硬化鋼，還包含選自以下元素中的一種 或多種元素以質(zhì)量％計(jì)，S :0.001% 至 O. 10%，Se :0.001% 至 0.3%，Te :0.001% 至 0.3%，Ca 0. 0002% 至 O. 10%,Pb 0. 001% 至 O. 20%,以及Bi :0.001% 至 O. 30%3.根據(jù)項(xiàng)I或2所述的用于塑料成型用模具的硬化鋼，還包含選自以下元素中的一種或多種元素以質(zhì)量％計(jì)，V :0.01% 至 O. 10%，Nb :0.001% 至 O. 30%，Ta :0.001% 至 O. 30%，Ti :至多 O. 20%，以及Zr :0.001% 至 O. 30%。根據(jù)本發(fā)明，加入鑰(Mo)和加入鎳(Ni)產(chǎn)生了協(xié)同效果，從而使得沉淀硬化型鋼顯示出在過(guò)時(shí)效側(cè)的坡度較緩的時(shí)效曲線，由此拓寬了可用于獲得足夠硬度的時(shí)效溫度范圍。由此，通過(guò)時(shí)效處理而獲得的模具幾乎不具有硬度不均勻性。此外，根據(jù)本發(fā)明，鎳的添加量小于常規(guī)鋼材的鎳添加量，并且以獲得要求硬度所需要的量加入鑰，并且將Mo/Ni比值調(diào)整為大于或等于O. 09，從而使鎳的添加量和鑰的添加量之間達(dá)到最佳平衡。圖2為通過(guò)曲線示出本發(fā)明的用于塑料成型用模具的預(yù)硬化鋼的硬度與時(shí)效溫度之間的關(guān)系的展示圖。如圖2所示，在本發(fā)明的用于塑料成型用模具的預(yù)硬化鋼中，如圖I中示出的情況那樣，鎳(Ni)與鋁(Al)結(jié)合形成細(xì)沉淀，由此形成硬度峰P。然而，由于本發(fā)明的用于塑料成型用模具的預(yù)硬化鋼的鎳含量低于常規(guī)鋼的鎳含量，因此其時(shí)效曲線的坡度在硬度峰P之后立即變得緩和。此外，由于鎳(Ni)的添加量與鑰(Mo)的添加量之間的平衡得到了優(yōu)化，因此時(shí)效曲線的中間區(qū)域(中間區(qū)域位于緊挨硬度峰P之后的區(qū)域的后面)的坡度緩和。認(rèn)為此坡度緩和的原因?yàn)樵谝蜴嚭弯X發(fā)生沉淀而形成的硬度峰P之后，發(fā)生了一段時(shí)間的鑰的碳化物的沉淀，而碳化鑰的沉淀使得在過(guò)時(shí)效側(cè)硬度的下降變得緩和。即，可以利用在不同的溫度下形成鎳沉淀和鑰沉淀(鎳和鑰對(duì)提高硬度具有貢獻(xiàn))這一事實(shí)來(lái)拓寬可用于所述操作的時(shí)效溫度范圍。此外，由于加入了適當(dāng)量的其他元素，因此能夠保持鏡面加工性、耐腐蝕性、導(dǎo)熱性和耐沖擊性。圖3示出在本發(fā)明的用于塑料成型用模具的預(yù)硬化鋼中，鎳的添加量和鑰的添加量之間的關(guān)系。在圖3中，范圍R表示本發(fā)明的鎳添加量和鑰添加量的范圍。因此，通過(guò)時(shí)效處理，本發(fā)明的用于塑料成型用模具的預(yù)硬化鋼能夠形成這樣的模具，該模具幾乎不具有硬度不均勻性，同時(shí)保持了鏡面加工性、耐腐蝕性、導(dǎo)熱性和耐沖擊性。


圖I為通過(guò)曲線示出的普通沉淀硬化型鋼的硬度與時(shí)效溫度之間的關(guān)系圖。圖2為通過(guò)曲線示出用于塑料成型用模具的本發(fā)明預(yù)硬化鋼的硬度與時(shí)效溫度之間的關(guān)系圖。圖3為示出在本發(fā)明的用于塑料成型用模具的預(yù)硬化鋼中，鎳的添加量和鑰的添加量之間的關(guān)系圖。 圖4為示出本發(fā)明鋼和比較用鋼中鎳的添加量與時(shí)效溫度的寬度之間的關(guān)系圖。圖5為示出比較用鋼6、比較用鋼10和本發(fā)明鋼10的硬度值和測(cè)試編號(hào)的圖。圖6為示出比較用鋼6、比較用鋼10和本發(fā)明鋼10的沖擊值和測(cè)試編號(hào)的圖。
具體實(shí)施例方式以下詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的用于塑料成型用模具的預(yù)硬化鋼(以下可以稱為本發(fā)明預(yù)硬化鋼)的實(shí)施方案。本發(fā)明預(yù)硬化鋼的應(yīng)用實(shí)例包括用于模制各種日常用品、家用電器的內(nèi)外零件或部件、OA設(shè)備的外內(nèi)零件或部件、移動(dòng)電話的外部零件以及汽車、摩托車等的內(nèi)外零件和結(jié)構(gòu)部件的模具。由于通過(guò)時(shí)效處理，本發(fā)明的預(yù)硬化鋼能夠形成具有均勻硬度的模具，因此本預(yù)硬化鋼還可以用于大型模具(特別是40kg或更重的模具)，例如模制(例如)大型機(jī)動(dòng)車輛的頭燈透鏡的模具。本發(fā)明預(yù)硬化鋼包含以下元素。所加入的元素的種類、其含量范圍以及限制的原因如下。C 0. 09% 至 O. 13%碳是確保強(qiáng)度和耐磨性的必要元素。碳與形成碳化物的元素(如鉻(Cr)、鑰(Mo)、鎢(W)、釩(V)和鈮(Nb))結(jié)合而形成碳化物。在淬火硬化過(guò)程中，碳溶于基質(zhì)相中，并且由此形成馬氏體結(jié)構(gòu)，因此，對(duì)確保硬度而言，碳也是必要的。從獲得這些效果的角度考慮，碳含量的下限為O. 09%。另一方面，如果碳的含量過(guò)高，則形成碳化物的元素與碳結(jié)合而形成含有鉻和鑰的碳化物。結(jié)果，溶解于基質(zhì)相中的鉻和鑰的量減少，從而導(dǎo)致耐腐蝕性降低。因此，碳含量的上限為0.13%。Si 0. 20% 至 O. 40%添加的硅(Si)主要是用作脫氧劑，或者用作提高模具制造所需加工性的元素。從獲得這些效果的角度來(lái)說(shuō)，硅含量的下限為O. 20%。另一方面，如果硅的含量過(guò)高，則導(dǎo)熱性降低。從避免發(fā)生該問(wèn)題的角度來(lái)說(shuō)，硅含量的上限為O. 40%。從進(jìn)一步提高導(dǎo)熱系數(shù)等的角度來(lái)說(shuō)，硅含量的上限優(yōu)選為O. 30%，更加優(yōu)選為O. 25%。Mn 0. 40% 至 O. 60%添加錳是為了提高淬火硬化的適應(yīng)性或使奧氏體穩(wěn)定。具體而言，由于淬火硬化的適應(yīng)性的降低會(huì)導(dǎo)致硬度在微觀水平上的不均勻性增加，因此錳含量的下限為O. 40%。另一方面，如果錳含量過(guò)高，真空熔融會(huì)使產(chǎn)率下降。因此，錳含量的上限為O. 60%。P:至多 O. 100%磷(P)不可避免地包含在該鋼材中。磷在晶界處偏析，從而導(dǎo)致韌性下降。因此，磷含量的上限為O. 100%。Cr : 2. 00% 至 3. 00%鉻(Cr)是使耐腐蝕性得到改善的元素。從獲得此效果的角度來(lái)說(shuō)，鉻含量的下限為2. 00%，并且優(yōu)選為2. 60%。如果鉻的含量過(guò)高，導(dǎo)熱性會(huì)下降。從防止該問(wèn)題發(fā)生的角度來(lái)說(shuō)，鉻含量的上限為3. 00%，優(yōu)選為2. 90%。 Cu 0. 60% 至 O. 90%銅(Cu)是會(huì)發(fā)生沉淀并且由此提高硬度的元素。從獲得此效果的角度來(lái)說(shuō)，銅含量的下限為O. 60%。另一方面，如果銅含量過(guò)高，熱加工性會(huì)降低。從防止該問(wèn)題發(fā)生的角度來(lái)說(shuō)，銅含量的上限為O. 90%。Ni : 2. 00% 至 2. 45%鎳(Ni)是與鋁形成金屬間化合物從而形成該化合物的沉淀物，并且由此提高硬度的元素。從獲得此效果的角度來(lái)說(shuō)，鎳含量的下限為2. 00%。另一方面，如果鎳含量過(guò)高，沉淀物會(huì)生長(zhǎng)過(guò)快，硬度在過(guò)時(shí)效側(cè)會(huì)迅速降低。因此，鎳含量的上限為2.45%。Mo 0. 20% 至 O. 40%鑰(Mo)是這樣的元素其使珠光體鼻尖(pearlite nose)向長(zhǎng)時(shí)間側(cè)移動(dòng)，并且其與碳化物結(jié)合并沉淀，由此有助于提高硬度。從獲得此效果的角度來(lái)說(shuō)，鑰含量的下限為0.20%。另一方面，即使過(guò)度提高鑰含量，所述效果也不會(huì)繼續(xù)增強(qiáng)。此外，由于鑰是昂貴的元素，因此大量添加鑰會(huì)導(dǎo)致鋼材成本增加。因此，鑰含量的上限為O. 40%。Mo/Ni:彡 O. 09因鎳與鋁結(jié)合而沉淀的Ni-Al金屬間化合物的沉淀溫度不同于因鑰與碳結(jié)合而沉淀的鑰碳化物的沉淀溫度。因此，以這樣的比例組合添加鎳和鑰，使得時(shí)效曲線在過(guò)時(shí)效側(cè)的坡度變得緩和，并且操作時(shí)刻利用的時(shí)效溫度范圍會(huì)拓寬。結(jié)果，在時(shí)效處理之后，鋼材幾乎不具有硬度不均勻性。Al 0. 60% 至 O. 90%鋁(Al)是與鎳結(jié)合從而通過(guò)沉淀硬化來(lái)增加硬度的元素。從獲得此效果的角度來(lái)說(shuō)，鋁含量的下限為O. 60%。如果鋁含量過(guò)高，耐沖擊性會(huì)下降，并且模具易于產(chǎn)生裂紋。從防止此問(wèn)題發(fā)生的角度來(lái)說(shuō)，鋁含量的上限為O. 90%。O :至多 O. 0100%氧(O)是不可避免地包含在熔融的鋼材中的元素。然而，如果氧的含量過(guò)高，氧會(huì)與硅和鋁結(jié)合而形成粗糙的氧化物，并且該氧化物作為夾雜物會(huì)使韌性和鏡面加工性下降。從避免發(fā)生該問(wèn)題的角度來(lái)說(shuō)，氧含量的上限為O. 0100%。N :至多 O. 0100%氮(N)是不可避免地包含在熔融鋼中的元素。然而，氮會(huì)與鋁結(jié)合形成A1N，由此降低鏡面加工性。從防止此問(wèn)題發(fā)生的角度來(lái)說(shuō)，氮含量的上限為O. 0100%。除上述元素以外，本發(fā)明預(yù)硬化鋼還可以包含選自以下元素中的一種或多種的任何所需元素。各元素的比例、限定的原因等如下。
O. 001%-0. 10% 的 S、0. 001%-0. 3% 的 Se、0. 001%_0· 3% 的 Te、0. 0002%_0· 10% 的 Ca、O, 001%-0. 20% 的 Pb 和 O. 001%-0. 30% 的 Bi。 可以分別添加硫(S)、砸(Se)、締(Te)、韓(Ca)、鉛(Pb)和秘(Bi)，從而提聞加工性。從獲得此效果的角度來(lái)說(shuō)，硫含量的下限為0.01%。從相同的角度來(lái)說(shuō)，硒含量的下限為0. 001%。碲含量的下限為0. 001%。鈣含量的下限為0. 0002%。鉛含量的下限為0. 001%。鉍含量的下限為0. 001%。如果硫、硒、碲、鈣、鉛和鉍各元素的含量過(guò)高，加工性會(huì)降低。從防止此問(wèn)題發(fā)生的角度來(lái)說(shuō)，硫含量的上限為0. 10%。從相同的角度來(lái)說(shuō)，硒含量的上限為0.3%。碲含量的上限為0. 3%。鈣含量的上限為0. 10%。鉛含量的上限為0. 20%。鉍含量的上限為0. 30%。0. 01%-0. 10% 的 V、0. 001%_0· 30% 的 Nb、?！?001%_0· 30% 的 Ta、至多 0. 20% 的 Ti 和0.001%-0. 30% 的 Zr。釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鈦(Ti)和鋯(Zr)與碳(C)和氮(N)結(jié)合，從而形成碳氮化物，由此抑制晶粒變粗。因此，這些元素可以有效提高鏡面加工性。從獲得此效果的角度來(lái)說(shuō)，釩含量的下限為0.01%。從相同的角度來(lái)說(shuō)，鈮含量的下限為0.001%。鉭含量的下限為0. 001%。鋯含量的下限為0. 001%。鈦含量沒(méi)有特別的下限。如果釩、鈮、鉭、鈦和鋯各元素的含量過(guò)高，加工性會(huì)發(fā)生劣化。從防止此問(wèn)題發(fā)生的角度來(lái)說(shuō)，釩含量的上限為0.10%。從相同的角度來(lái)說(shuō)，鈮含量的上限為0.30%。鉭含量的上限為0. 30%。鈦含量的上限為0. 20%。鋯含量的上限為0. 30%。優(yōu)選的是，將本預(yù)硬化鋼的硬度(洛氏硬度)調(diào)整至36HRC至42HRC。其原因如下。硬度小于36HRC的預(yù)硬化鋼其硬度不足，由此表面粗糙度升高，從而導(dǎo)致鏡面加工性下降。另一方面，如果鋼材的硬度超過(guò)42HRC，則該鋼材過(guò)硬，導(dǎo)致模具加工性下降，例如(例如)利用HSS鉆進(jìn)行鉆孔的性能。例子以下將結(jié)合例子對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。使用真空感應(yīng)爐將分別具有表I所示化學(xué)組成(質(zhì)量％)的各鋼材制成熔體，然后進(jìn)行鑄造，從而得到50Kg的鋼錠。將鑄造所得的鋼錠進(jìn)行熱鍛，從而制得尺寸為60平方毫米的棒材。通過(guò)將所述棒材保持在表2 (在下文中給出)所示出的熱處理?xiàng)l件(溶液熱處理溫度)下、隨后進(jìn)行淬火(淬火硬化)。從熱處理后的棒材上切下各測(cè)試件，并且進(jìn)行以下各種測(cè)試。<確定時(shí)效溫度寬度的測(cè)試>將熱處理后的各棒材切割成邊長(zhǎng)為IOmm的立方塊體測(cè)試件，并且在各溫度下進(jìn)行時(shí)效處理8小時(shí)。之后，將各測(cè)試件的待檢測(cè)表面和底面打磨至#400。接下來(lái)，利用Rockwell scale C檢測(cè)各測(cè)試件，以確定使硬度達(dá)到36HRC至42HRC的溫度。由此確定這些溫度的范圍(溫度寬度)。該溫度寬度是指時(shí)效曲線中過(guò)時(shí)效側(cè)的溫度寬度。如果在本測(cè)試中測(cè)試件的溫度寬度為20°C以上，則將該鋼材評(píng)定為可用時(shí)效溫度范圍得到有效拓寬。<硬度測(cè)量測(cè)試>從經(jīng)熱處理的棒材上切下邊長(zhǎng)為IOmm的立方塊體，并且在表2所示出的熱處理?xiàng)l件(時(shí)效溫度和時(shí)效時(shí)間)下進(jìn)行處理。之后，將待檢測(cè)表面和底面打磨至#400。利用Rockwell scale C測(cè)量各測(cè)試件的硬度。
<檢測(cè)鏡面加工性的測(cè)試>將熱處理后的各棒材加工成尺寸為50mmX45mmX 12mm的板材測(cè)試件,通過(guò)機(jī)械拋光將該測(cè)試件打磨至#8000。根據(jù)JIS B0633來(lái)檢測(cè)該測(cè)試件經(jīng)打磨的表面的表面粗糙度Ry。<確定耐腐蝕性的測(cè)試>將經(jīng)熱處理的各棒材加工成直徑為IOmm且長(zhǎng)度為50mm的圓棒測(cè)試件。對(duì)該測(cè)試件進(jìn)行暴露測(cè)試，在該測(cè)試中，將該測(cè)試件在屋頂下放置3天，使其不受雨淋但與外部空氣(大約10°C _15°C)接觸。確定測(cè)試件表面所產(chǎn)生的銹跡的面積比例。<確定導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試>
利用以下激光閃光法確定導(dǎo)熱系數(shù)。具體而言，測(cè)量樣品的比熱Cp和熱擴(kuò)散率α，并按照以下方式由另外測(cè)定的密度值P來(lái)計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)λ。S卩，用激光照射樣品(樣品重量Μ ;樣品厚度L)的正面從而賦予其熱量Q,利用熱電偶確定樣品背面由此引起的溫度變化AT。由Cp=Q/(MX AT) [J/(kg*K>]計(jì)算樣品的比熱Cp。此外，利用設(shè)置在樣品正面?zhèn)鹊募t外線檢測(cè)器測(cè)量被加熱樣品的溫度達(dá)到樣品的溫度變化最大值一半時(shí)所需要的時(shí)間(tl/2)。利用a=0. 1388XL2/(tl/2) [m2/s]計(jì)算樣品的熱擴(kuò)散率α。由此，可以利用A=CpXaXp[W/m*K]來(lái)計(jì)算樣品的導(dǎo)熱系數(shù)λ。表3 (以下將會(huì)給出)中的導(dǎo)熱系數(shù)值是將比較用鋼材I的導(dǎo)熱系數(shù)取為100時(shí)所獲得值。<測(cè)量沖擊值的測(cè)試>利用JIS Ζ2242中所描述的方法進(jìn)行測(cè)試。具體而言，在尺寸為IOmmX IOmmX 55mm的方形棒材中形成2mm的U形凹口，由此制得測(cè)試件,在室溫下檢測(cè)沖擊值。表I示出所開發(fā)的鋼材(本發(fā)明鋼材)和比較用鋼材的化學(xué)組成。表2示出所開發(fā)的鋼材和比較用鋼材的熱處理?xiàng)l件。表3示出各項(xiàng)檢測(cè)的結(jié)果。圖4示出所開發(fā)的鋼材和比較用鋼材的鎳添加量與時(shí)效溫度范圍之間的關(guān)系。如圖4所示，可看出，當(dāng)鎳的添加量為2. 00%至2. 45%時(shí)，使硬度達(dá)到36HRC至42HRC的溫度寬度為20°C或更大。即，當(dāng)鎳的添加量為2. 00%至2. 45%時(shí)，獲得了拓寬可用時(shí)效溫度的范圍的效果。
權(quán)利要求
1.一種用于塑料成型用模具的預(yù)硬化鋼，其包含以質(zhì)量％計(jì)，C 0. 09% 至 O. 13%,Si :0. 20% 至 O. 40%,Mn :0. 40% 至 O. 60%,P :至多 O. 100%,Cr 2. 00% 至 3. 00%,Cu :0. 60% 至 O. 90%,Ni :2. 00% 至 2. 45%,Mo :0. 20% 至 O. 40%,Mo/Ni :彡 O. 09，Al :0. 60% 至 O. 90%, O :至多O. 0100%,以及 N :至多 O. 0100%, 余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于塑料成型用模具的預(yù)硬化鋼，其還包含選自以下元素中的一種或多種元素以質(zhì)量％計(jì)，S :0. 001% 至 O. 10%,Se 0. 001% 至 O. 3%,Te 0. 001% 至 O. 3%,Ca :0. 0002% 至 O. 10%,Pb :0. 001% 至 O. 20%，以及Bi :0. 001% 至 O. 30%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的用于塑料成型用模具的預(yù)硬化鋼，其還包含選自以下元素中的一種或多種元素以質(zhì)量％計(jì)，V:0.01% 至 O. 10%,Nb :0. 001% 至 O. 30%，Ta 0. 001% 至 O. 30%， Ti :至多O. 20%,以及 Zr :0. 001% 至 O. 30%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于塑料成型用模具的預(yù)硬化鋼，其包含以質(zhì)量%計(jì)，C0.09%至0.13%，Si0.20%至0.40%，Mn0.40%至0.60%，P至多0.100%，Cr2.00%至3.00%，Cu0.60%至0.90%，Ni2.00%至2.45%，Mo0.20%至0.40%，Mo/Ni≥0.09，Al0.60%至0.90%，O至多0.0100%，以及N至多0.0100%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。當(dāng)將本發(fā)明的預(yù)硬化鋼用作塑料成型用模具的材料時(shí)，可以獲得這樣的模具，該模具在時(shí)效處理之后幾乎不具有硬度不均勻性，并且具有優(yōu)異的鏡面加工性、耐腐蝕性、熱傳導(dǎo)性和耐沖擊性。
文檔編號(hào)C22C38/44GK102888567SQ20121024753
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者伊吹基宏, 河野正道, 保母誠(chéng) 申請(qǐng)人:大同特殊鋼株式會(huì)社