專利名稱:易切削析出硬化型熱作模具鋼的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于析出硬化型熱作模具鋼，該鋼經(jīng)淬火較低溫度回火后，易于切削加工，具有高的高溫強(qiáng)度，同時(shí)兼有優(yōu)異的高溫韌性。
目前，國內(nèi)析出硬化型熱作模具鋼尚屬空白。國外七十年代研制的DH75、DH22、YHD3等同類鋼種，盡管高溫韌性高，但仍存在其他問題。一是如DH75、DH22鋼的高溫強(qiáng)度不太高，YHD3鋼(見《鐵鋼》(鐵ヒ鋼)雜志1982年第2號(hào)315～323頁;1982年第10號(hào)1638～1647頁)中加入了1%(重量)的鈷，高溫強(qiáng)度有所改善，可是鋼的成本相應(yīng)地提高了;二是上述鋼種經(jīng)淬火較低溫度回火后，硬度均為HRC40～43，模具切削性能較差。
本發(fā)明旨在提供一種高溫強(qiáng)度和高溫韌性高、切削加工性能良好、價(jià)格便宜的易切削析出硬化型熱作模具鋼。該鋼種適用于各種不同截面尺寸、型腔深而復(fù)雜的大中型熱鍛模具。
本發(fā)明鋼采用低碳、多元合金化原理。既使基體固溶強(qiáng)化，又使碳化物彌散強(qiáng)化，因此具有高的高溫強(qiáng)韌性。本發(fā)明鋼的成份范圍為0.10～0.30%(重量)碳、0.30～3.00%(重量)硅、0.50～1.00%(重量)錳、1.00～4.00%(重量)鉻、＜4.00%(重量)鉬、0.20～1.20%(重量)釩、0.50～2.00%(重量)鎳，另外還含有一種或兩種以上的＜0.20%(重量)鈮、＜0.20%(重量)鋯和＜0.003%(重量)鈣，余為鐵和雜質(zhì)。
本發(fā)明鋼及對(duì)比鋼均在中頻感應(yīng)爐中冶煉，錠重50公斤。在控制氧、硫、鋁含量的情況下，將鋯、鈣等微量元素的中間合金用插入法加入后立即出鋼。
試樣淬火加熱溫度均為1000±5℃，分別用油冷及半冷方式冷卻(時(shí)間60分鐘)，然后各自在不同溫度下回火兩次，每次2小時(shí)。
表1示出本發(fā)明鋼與對(duì)比鋼YHD3的化學(xué)成份。
確定上述成份范圍的理由是碳，隨著含碳量提高，鋼的析出硬化效果愈加顯著，從而提高鋼的強(qiáng)度和抗回火穩(wěn)定性。但含碳量超過0.3%(重量)時(shí)，韌性則明顯降低;淬火較低溫度回火后，硬度有所提高，不利于改善切削加工性能。含碳量在0.16～0.22%(重量)范圍內(nèi)，鋼在使用過程中表層和心部強(qiáng)韌性配合良好，有好的切削加工性能。
鎳，適量的鎳可以提高鋼的沖擊值和貝氏體的淬透性。鎳含量以0.50～2.00%(重量)為宜。
硅，在貝氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，硅抑制滲碳體的析出，使殘余奧氏體富碳，提高殘余奧氏體的穩(wěn)定性。鋼經(jīng)500～600℃回火后，硅可促進(jìn)鋼的二次硬化效應(yīng)，提高鋼的高溫強(qiáng)度。因此本發(fā)明鋼可用硅取代部分鈷。硅含量以0.80～1.50%(重量)為宜。
鉻、鉬、釩，這三種元素均是強(qiáng)碳化物形成元素。鉻除在鋼中形成富鉻的碳化物外，還部分溶入富鉬的M6C和富釩的MC中，降低M6C和MC的穩(wěn)定性，在淬火加熱時(shí)，促進(jìn)M6C和MC溶入奧氏體中，提高貝氏體的淬透性;回火時(shí)改善析出硬化性，強(qiáng)化基體，增加鋼的高溫強(qiáng)度和抗回火穩(wěn)定性。尤其是當(dāng)這三種元素復(fù)合加入，相互間有較好配比時(shí)，可進(jìn)一步提高鋼的析出硬化效果。本發(fā)明鋼的鉻、鉬、釩含量分別以1.00～4.00%(重量)、＜4.00%(重量)、0.20～1.20%(重量)為宜。
鈣，本發(fā)明鋼中，當(dāng)氧含量和鋁含量一定時(shí)，加入0.0008～0.002%(重量)鈣可使SiO2、Al2O3和CaO有良好的配合，復(fù)合氧化物球化，即使鋼的硬度為HRC42～44時(shí)仍有較好的切削性能。
鈮，鋼中加入適量的鈮，使其部分溶入M6C等碳化物中，淬火加熱時(shí)溶入奧氏體中提高了原子間的結(jié)合力，減緩γ-Fe的自擴(kuò)散速度，使回火過程中碳化物彌散細(xì)小，不易聚焦長大，延緩了貝氏體的分解過程，提高了鋼的抗回火穩(wěn)定性。因此鈮可部分取代鈷。鈮含量以＜0.15%(重量)為宜。
鋯，本發(fā)明鋼中的鋯含量＜0.20%(重量)時(shí)，除了具有鈮的相似作用和同樣效果外，還可改變碳化物的組成和形態(tài)，改善鋼的切削加工性能。
硅、鈮、鋯、鈣，這四種元素復(fù)合加入鋼中，其加入方式和次序是首先加入鈮，然后同時(shí)加入硅鈣，出鋼前加入鋯。這樣，硅和鈮分別加強(qiáng)固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化效果，進(jìn)一步提高鋼的高溫強(qiáng)度。鋯主要以球狀Zr(Mn)S、ZrN形式存在。鈣主要以球狀A(yù)l2O3、CaO、SiO2所組成的復(fù)合氧化物夾雜存在。從而進(jìn)一步改善切削性能。其含量分別以0.80～1.20%(重量)硅、0.08～0.10%(重量)鈮、0.08～0.12%(重量)鋯、0.0006～0.001%(重量)鈣為宜。
本發(fā)明鋼經(jīng)淬火較低溫度回火后，有良好的切削加工性，因此，模塊生產(chǎn)廠可將模塊以最終熱處理狀態(tài)供給使用廠直接加工后使用，這樣既解決了模具熱處理變形等問題，又可節(jié)約熱處理設(shè)備和廠房的投資。
此外，模具在使用中，其表層由于溫升進(jìn)行析出硬化而有所強(qiáng)化，提高了模面的熱磨損、熱疲勞抗力;同時(shí)，模具心部溫度不會(huì)超過400℃，由于殘余奧氏體仍很穩(wěn)定，使模具心部具有高的韌性，降低了熱機(jī)械疲勞裂紋的擴(kuò)展速率。
最后，本發(fā)明鋼中不含稀缺且昂貴的鈷，從而降低了鋼的成本，擴(kuò)大了鋼的使用范圍。
目前國內(nèi)大中型熱鍛模具及大型鋁合金壓鑄模具用鋼主要為5CrNiMo、3Cr2W8V，年消耗量約為5000噸左右，如果這類模具尤其是型腔復(fù)雜的模具，采用本發(fā)明鋼，可較上述老鋼種提高壽命1～1.5倍，年經(jīng)濟(jì)效益約二百萬元左右。
實(shí)施例1本發(fā)明鋼經(jīng)1000℃油淬、400℃回火后與YHD3鋼切削加工性能的比較示于表2。
表2
注刀具材料YW切削角主后角α1＝5°，副后角α2＝5°主偏角φ1＝90°，副偏角φ2＝8°前角γ＝0.5°，刃傾角λ＝0.5°切削速度19米/分切削深度1毫米進(jìn)刀量0.15毫米實(shí)施例2表3示出本發(fā)明鋼及YHD3在1000℃加熱以不同方式冷卻，淬態(tài)及回火后的硬度值(HRC)。
表3
注半冷時(shí)間均為60分鐘。
權(quán)利要求
1.一種易切削析出硬化型熱作模具鋼，基本化學(xué)成份為0.10～0.30%(重量)碳、0.30～3.00%(重量)硅、0.50～1.00%(重量)錳、1.00～4.00%(重量)鉻、＜4.00%(重量)鉬、0.20～1.20%(重量)釩、0.50～2.00%(重量)鎳，其特征是還含有一種或兩種以上適量的鈮、鋯和鈣，余為鐵和雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的熱作模具鋼，其特征是含有＜0.20%(重量)鈮。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的熱作模具鋼，其特征是含有＜0.20%(重量)鋯。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的熱作模具鋼，其特征是含有＜0.003%(重量)鈣。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的熱作模具鋼，其特征是含有＜0.20%(重量)鈮、＜0.20%(重量)鋯和＜0.003%(重量)鈣。
專利摘要
一種易切削析出硬化型熱作模具鋼，適用于 各種不同截面尺寸、型腔深而復(fù)雜的大中型熱鍛 模具。本發(fā)明鋼的化學(xué)成份如下0.10～0.30％ (重量)碳、0.30～3.00％(重量)硅、0.50～1.00％ (重量)錳、1.00～4.00％(重量)鉻、1.00% (重量)鉬、0.20～1.20％(重量)釩、0.50～2.00％ (重量)鎳，此外還含有適量的鈮、鋯和鈣。
文檔編號(hào)C22C38/50GK85100821SQ85100821
公開日1985年10月10日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者林顏勝, 黃正安, 許玉賢, 馮干江 申請(qǐng)人:華中工學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan