本發(fā)明屬冷作模具、特別是鑄造冷鐓模具的制造方法領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：冷鐓是高效生產(chǎn)緊固件的方法之一，因此，冷鐓模在緊固件行業(yè)的用量很大。冷鐓模在冷鐓變形過(guò)程中要承受很大的單位壓力，特別在變形程度大和材料強(qiáng)度較高時(shí)，所承受的單位壓力更大，同時(shí)金屬的流動(dòng)又很激烈。因此要滿足緊固件高生產(chǎn)率、自動(dòng)化、大批量生產(chǎn)的特點(diǎn)，冷鐓模必須要有相應(yīng)的使用壽命，以發(fā)揮冷鐓工藝的最高效能。但是，長(zhǎng)期以來(lái)，冷鐓模都是使用鍛造模具鋼(如cr12、cr12mov等)制造，由于鍛造模塊鋼錠結(jié)構(gòu)疏松，強(qiáng)度韌性低，必須通過(guò)反復(fù)揉鍛，才能使模塊組織致密。但鍛模毛坯在鍛造過(guò)程中合金元素的燒損約為5％，而且容易引起模具的開(kāi)裂、過(guò)燒等廢品。此外，鍛造而成的模具易形成帶狀組織，沿著纖維方向性能比較差，服役過(guò)程中非常容易開(kāi)裂，而垂直纖維方向的性能比較好。鍛造模塊鋼錠這種力學(xué)性能各向異性的缺陷，正常的熱處理方法很難消除。有文獻(xiàn)報(bào)道，通過(guò)真空熱處理等高科技方法，可以改善鍛造模塊鋼錠這種力學(xué)性能各向異性的弊病，進(jìn)而提高鍛造冷鐓模具的使用壽命，但該方法投資大，工藝復(fù)雜，成本高，因此很難推廣。如上所述，當(dāng)前冷鐓模具在緊固件行業(yè)中普遍存在使用壽命短，制造工序復(fù)雜，制造周期長(zhǎng)，制造成本高等問(wèn)題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種以鑄代鍛工藝來(lái)制造冷鐓模具、使用鑄造冷鐓模具鋼替代鍛造模具鋼制造冷鐓模具的方法，以大幅提高模具壽命，減少制造工作量，降低制造模具成本。本發(fā)明以如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題：1、鑄造冷鐓模具鋼的化學(xué)成分鑄造冷鐓模具鋼的化學(xué)成分為：c0.6-1.0％,si0.8-1.2％,mn0.7-1.0％，p≤0.03％，s≤0.03％，cr4.5-5.5％，mo1.0-1.5％,v0.7-1.2％,ni1.0-1.3％，cu0.5-1.0％；2、鑄造冷鐓模具的制備工藝使用酸性爐襯的中頻感應(yīng)電爐熔煉金屬，先加入低碳鋼，待鋼水熔化至75-85％時(shí)，先加入配方量的鉻鐵，再加入配方量的鉬鐵、釩鐵、金屬鎳片、硅鐵、錳鐵，最后加入由稻草灰與干木炭組成的覆蓋劑覆蓋，升溫至1650℃±5℃，待爐料全部熔化后，降溫至1480-1500℃，加入配方量的電解銅，靜置5分鐘，脫氧除渣。出鋼水前將占熔煉金屬總重量0.15-0.25％的金屬鈰置于澆包底部，鋼水注入澆包后充分?jǐn)嚢瑁⒃跐舶性俅蚊撗?，脫氧完畢后扒渣干凈，將鋼水澆入覆膜砂冷鐓模具鑄型中，獲得鑄造冷鐓模具的零件毛坯。3、鑄造冷鐓模具的強(qiáng)韌化處理①預(yù)備熱處理將冷鐓模具毛坯加熱到910-930℃，保溫1.5-2小時(shí)，隨爐冷卻至520-530℃時(shí)出爐空冷。②高溫淬火+高溫回火將冷鐓模具毛坯加熱到1080-1120℃，保溫2-2.5小時(shí)，隨即水冷。將經(jīng)淬火后的冷鐓模具毛坯重新加熱到780±5℃，保溫3.5小時(shí)，隨后出爐空冷。4、鑄造冷鐓模具的表面硬化處理經(jīng)機(jī)械加工后的鑄造冷鐓模具進(jìn)行表面氣體滲氮處理。本發(fā)明創(chuàng)造與現(xiàn)有技術(shù)相比，所具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果如下：(1)與鍛造冷鐓模具相比，模具壽命提高50％～85％，制造工作量減少50％～80％，制造模具成本降低50％～70％；(2)與鍛造冷鐓模具相比，模具用鋼減少60％，材料利用率由50％～65％提高到90％～95％，另外廢鑄鋼和廢鑄?？芍苯又厝坭T造成新的冷鐓模，這是最有效和最經(jīng)濟(jì)的廢物利用；(3)機(jī)加工余量減少，鍛造冷鐓模具制造過(guò)程中有35％～60％的金屬材料變?yōu)榍行?，而采用鑄造冷鐓模具這方面的消耗可減少3～10倍；(4)節(jié)約材料，可省去大量的切削加工及鍛造加熱時(shí)原材料的損耗。附圖說(shuō)明圖1是鑄造冷鐓模具附鑄試樣金相組織圖(未腐蝕100×)。圖2是鑄造冷鐓模具附鑄試樣金相組織圖(未腐蝕500×)。圖3是鑄造冷鐓模具附鑄試樣金相組織圖(4％硝酸酒精溶液侵蝕500×)圖4是鑄造冷鐓模具附鑄試樣拉伸斷口形貌圖。具體實(shí)施方式使用本發(fā)明的方法制備冷鐓模具，可以使冷鐓模具的使用壽命提高，而且制造工序簡(jiǎn)化，制造周期縮短，模具制造成本大大降低。在按照本發(fā)明的方法制備冷鐓模具時(shí)，需要根據(jù)以下所述情況確定各種工藝參數(shù)：1、選擇合理的鑄造冷鐓模具化學(xué)成分根據(jù)冷鐓模的工況要求，鑄造冷鐓模具必須具有高的強(qiáng)度和耐磨性，同時(shí)又具有良好的韌性。為了保證鑄造冷鐓模具具有這種特殊的性能，必須合理的選擇鑄造冷鐓模具的化學(xué)成分。因?yàn)殍T造成型和鍛造成型有很大的區(qū)別，如果采用鍛造冷鐓模具鋼的化學(xué)成分制備鑄造冷鐓模具，其結(jié)果是強(qiáng)度、硬度完全可以達(dá)到要求，而沖擊韌性卻非常低。在鑄造冷鐓模具鋼的組成元素中，c可與cr、mo、v等元素合成各種特殊的碳化物，這些碳化物對(duì)鑄造冷鐓模具鋼的抗回火能力、回火后的硬度和熱穩(wěn)定性有很大的影響。隨著含碳量的增加，鑄造模具鋼的硬度增加，而沖擊韌性下降。降低含碳量，可使淬火狀態(tài)下鋼的未溶碳化物減少，有利于提高鋼的韌性。因此，為了保證鑄造冷鐓模具有良好的韌性，鑄造冷鐓模具鋼的c含量應(yīng)較低。在鑄造冷鐓模具鋼中，鉻能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時(shí)降低塑性和韌性。此外，cr能提高淬透性和抗氧化能力，促進(jìn)合金化。鑄造冷鐓模具鋼中加入鉬，能提高機(jī)械性能，還可以抑制鑄造冷鐓模具鋼由于淬火而引起的脆性。釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑，鑄造冷鐓模具鋼中加入釩可細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性，釩與碳形成的碳化物，可提高耐磨性。鑄造冷鐓模具鋼中加入鎳有利于提高鑄造冷鐓模具的沖擊韌性，同時(shí)還能使鑄造模塊的組織均勻，也能提高鑄造冷鐓模具鋼的淬透性。在綜合考慮了gr、mo、v、ni四種元素對(duì)鑄造冷鐓模力學(xué)性能的影響，尤其是對(duì)鑄造冷鐓模硬度、抗拉強(qiáng)度、沖擊韌性的影響以及通過(guò)極差分析，本申請(qǐng)采用了四因素三水平的正交試驗(yàn)方法，選擇l9(34)正交表進(jìn)行試驗(yàn)，設(shè)計(jì)的鑄造冷鐓模具鋼的化學(xué)成分為：c0.6-1.0％,si0.8-1.2％,mn0.7-1.0％，p≤0.03％，s≤0.03％，cr4.5-5.5％，mo1.0-1.5％,v0.7-1.2％,ni1.0-1.3％，cu0.5-1.0％；2、設(shè)計(jì)完善的鑄造冷鐓模具的制備工藝：鑄造冷鐓模具鋼材質(zhì)的控制對(duì)鑄造冷鐓模具的性能至關(guān)重要。鑄造冷鐓模具鋼的鋼液必須是鋼質(zhì)潔凈、組織均勻、偏析輕微、等向性好的優(yōu)質(zhì)鋼。為此，在熔煉過(guò)程中要脫氧除渣徹底，提高鋼液潔凈度，并加入稀土鈰凈化鋼液和提高材料的沖擊韌性，以保證鑄造冷鐓模具鋼材質(zhì)的的內(nèi)在質(zhì)量。本申請(qǐng)使用酸性爐襯的中頻感應(yīng)電爐熔煉金屬，先加入低碳鋼，待鋼水熔化至75-85％時(shí)，先加入配方量的鉻鐵，再加入配方量的鉬鐵、釩鐵、金屬鎳片、硅鐵、錳鐵，最后加入由稻草灰與干木炭組成的覆蓋劑覆蓋，升溫至1650℃±5℃，待爐料全部熔化后，降溫至1480-1500℃，加入配方量的電解銅，靜置5分鐘，脫氧除渣。出鋼水前將占熔煉金屬總重量0.15-0.25％的金屬鈰置于澆包底部，鋼水注入澆包后充分?jǐn)嚢?，并在澆包中再次脫氧，脫氧完畢后扒渣干凈，將鋼水澆入覆膜砂冷鐓模具鑄型中，獲得鑄造冷鐓模具的零件毛坯。3、鑄造冷鐓模具的強(qiáng)韌化處理鑄造冷鐓模具與鍛造冷鐓模具有所不同，鑄件凝固時(shí)不可能達(dá)到完全平衡，有成分偏析存在，這對(duì)硬度和強(qiáng)度的影響不敏感，但對(duì)沖擊韌性的影響卻十分明顯，會(huì)導(dǎo)致鑄造冷鐓模具的沖擊韌性降低。為了保證鑄造冷鐓模具既有高的強(qiáng)度和耐磨性，同時(shí)又具有良好的韌性,必須對(duì)鑄造冷鐓模具毛坯進(jìn)行強(qiáng)韌化處理。首先進(jìn)行預(yù)備熱處理，以細(xì)化晶粒、消除機(jī)加工應(yīng)力、均勻不平衡組織等，為后面的最終熱處理奠定良好的組織基礎(chǔ)。接著進(jìn)行高溫淬火+高溫回火，以提高鑄造冷鐓模具的塑性和韌性。預(yù)備熱處理時(shí)將冷鐓模具毛坯加熱到910-930℃，保溫1.5-2小時(shí)，隨爐冷卻至520-530℃時(shí)出爐空冷。高溫淬火時(shí)將冷鐓模具毛坯加熱到1080-1120℃，保溫2-2.5小時(shí)，隨即水冷。高溫回火時(shí)將經(jīng)淬火后的冷鐓模具毛坯重新加熱到780±5℃，保溫3.5小時(shí)，隨后出爐空冷。4、鑄造冷鐓模具的表面硬化處理在具備一定的強(qiáng)度和韌性的基礎(chǔ)上，硬度與耐磨性是鑄造冷鐓模具(特別是凹模)壽命的決定因素，特別是在冷鐓機(jī)生產(chǎn)率越來(lái)越高的情況下，冷鐓模具的硬度和耐磨性更加顯得重要。為了提高鑄造冷鐓模具的表面硬度，使其具有良好的耐磨性能，通過(guò)分析比較，采用氣體滲氮處理方法提高鑄造冷鐓模具的表面硬度。對(duì)經(jīng)機(jī)械加工后的鑄造冷鐓模具進(jìn)行表面氣體滲氮處理。其工藝規(guī)范為：加熱溫度580℃；保溫時(shí)間42h；處理后空冷至室溫。實(shí)施例鑄造冷鐓模具的制備1、試驗(yàn)材料(1)鑄造冷鐓模具試驗(yàn)原材料化學(xué)成分如表1-1所示。表1-1試驗(yàn)原材料的化學(xué)成分(單位：wt％)(2)鑄造冷鐓模具化學(xué)成分如表1-2所示。表1-2鑄造冷鐓模具化學(xué)成分(wt％)csimnpscrmovnicu0.81.00.90.030.025.01.31.01.20.82、試驗(yàn)儀器設(shè)備qtc-5000爐前鐵水碳硅錳磷分析儀，htv-1000金相顯微鏡，日立s-3400n掃描電鏡，instron8801材料試驗(yàn)機(jī)，wdw3100微機(jī)控制萬(wàn)能電子試驗(yàn)機(jī)，mct－110精密數(shù)字測(cè)溫儀、上海實(shí)驗(yàn)電爐廠產(chǎn)50㎏中頻感應(yīng)電爐。3、鑄造冷鐓模具的制備使用酸性爐襯的中頻感應(yīng)電爐熔煉金屬，先加入低碳鋼，待鋼水熔化至75-85％時(shí)，加入配方量的鉻鐵，再加入配方量的鉬鐵、釩鐵、金屬鎳片、硅鐵、錳鐵，最后加入由稻草灰與干木炭組成的覆蓋劑覆蓋(覆蓋劑中稻草灰與干木炭的質(zhì)量比為70％︰30％)，升溫至1650℃±5℃，待爐料全部熔化后，降溫至1480-1500℃，加入配方量的電解銅，靜置5分鐘，脫氧除渣。出鋼水前將占熔煉金屬總重量0.15-0.25％的金屬鈰置于澆包底部，鋼水注入澆包后充分?jǐn)嚢?，并在澆包中再次脫氧，脫氧完畢后扒渣干凈，將鋼水澆入覆膜砂冷鐓模具鑄型中，即可得到鑄造冷鐓模具的零件毛坯。4、鑄造冷鐓模具的強(qiáng)韌化處理①預(yù)備熱處理將冷鐓模具毛坯加熱到910-930℃，保溫1.5-2小時(shí)，隨爐冷卻至520-530℃時(shí)出爐空冷。②高溫淬火+高溫回火將冷鐓模具毛坯加熱到1080-1120℃，保溫2-2.5小時(shí)，隨即水冷。將經(jīng)淬火后的冷鐓模具毛坯重新加熱到780±5℃，保溫3.5小時(shí)，隨后出爐空冷。5、鑄造冷鐓模具的表面硬化處理經(jīng)機(jī)械加工后的鑄造冷鐓模具進(jìn)行表面氣體滲氮處理。工藝規(guī)范：加熱溫度：580℃。保溫時(shí)間：42h。處理后空冷至室溫。6、試驗(yàn)結(jié)果圖1、圖2和圖3是本發(fā)明的鑄造冷鐓模具附鑄試樣的金相組織，由圖中可以看到，組織中彌散分布著相當(dāng)數(shù)量的vc、cr3c、mo6c等高硬度的碳化物顆粒，且分布均勻。這表明鑄造冷鐓模具材質(zhì)由增強(qiáng)體顆粒和基體兩相組成，其基體為回火索氏體，增強(qiáng)體顆粒則均勻地分布其中。這是一種典型的耐磨材料的組織，有強(qiáng)韌性較好的基體，并在其中牢固地嵌有堅(jiān)硬的組份，堅(jiān)硬突出的組份作為支撐骨架承受壓力。因此，這種材料的強(qiáng)度、硬度以及耐磨性能良好，而且同時(shí)具有較好的塑性韌性。圖4是鑄造冷鐓模具附鑄試樣拉伸斷口形貌圖，由圖4可以看到，斷口表現(xiàn)為較明顯的韌窩斷口特征，并伴有部分撕裂棱，這是因?yàn)楹辖鸹w中存在細(xì)小的增強(qiáng)體顆粒，由于基體較軟，一部分會(huì)產(chǎn)生韌窩，一部分則以有利的晶面開(kāi)裂，形成準(zhǔn)解理面，這些裂紋互相連接導(dǎo)致最后斷裂。斷口形貌進(jìn)一步說(shuō)明了本發(fā)明的鑄造冷鐓模具有較好的塑韌性。表1-3是力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果。結(jié)果表明，本發(fā)明的鑄造冷鐓模具不但具有高的強(qiáng)度硬度，而且塑性韌性良好。表1-4為鑄造冷鐓模具與cr12mov材質(zhì)的鍛造冷鐓模具使用壽命對(duì)照表，表中數(shù)據(jù)表明，與cr12mov材質(zhì)的鍛造冷鐓模具相比，本發(fā)明的鑄造冷鐓模具使用壽命延長(zhǎng)了50-60％，而且簡(jiǎn)化了制造工序，縮短了制造周期，降低了制造成本，因此很有開(kāi)發(fā)前景。表1-3鑄造冷鐓模具力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果表1-4鑄造冷鐓模具與鍛造冷鐓模具(cr12mov)使用壽命對(duì)照表注：表1-4中的數(shù)據(jù)為在廣西南寧市三樹(shù)汽車(chē)部件制造有限責(zé)任公司生產(chǎn)條件下得出的數(shù)據(jù)。當(dāng)前第1頁(yè)12