[发明专利]适用于单晶金刚石车削的高氮模具钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢铁材料，尤其适用于单晶金刚石刀具进行车削加工的高氮模具钢及其制备方法。

背景技术

由于单晶金刚石车削可在加工后获得极佳的表面粗糙度，实现纳米级表面，它已成为制作高精度光学器件和高精度模具的重要加工方法。钢铁材料作为用途最广的工程材料，以其成本低廉，功能多样化而备受超精密加工领域的重视。然而，由于用单晶金刚石刀具加工钢铁材料时会产生巨大的刀具化学磨损，所以传统意义上认为金刚石不能切削黑色金属。若将单晶金刚石车削应用于钢材的超精密加工，各类高精度元器件的应用将更加广泛，具有重大的社会效益和经济效益。

发明内容

本发明提供一种新型可通过如渗氮等热处理而应用于单晶金刚石车削的钢铁材料。

本发明的高氮模具钢，其化学成份及重量百分含量如下：

碳：0.1-0.2，镍：4.0-5.0，铜：0.7-1.0，硅：0.3-0.5，铝：1.0-3.0，铬：0.2-0.5，钼：0.5-0.7，锰：1.5-2.0，钒：0.05-0.1，钛：0.5-0.7，氮：0.1-0.5，铌：0.01-0.1，硼：0.0005-0.0016，镁：微量铁：余量。

主要夹杂：磷：≤0.003，硫：≤0.002。

其制备方法：是将原料按重量比，按下列顺序依次加入增压电渣重熔炉内：最先加入纯净低碳钢、金属镍、金属铜、铌铁合金和钼铁合金，熔化后加入不易发生氧化的纯净铬铁合金、硅铁合金、钒铁合金、低碳锰铁合金和钛铁合金，待熔融后加入纯净硼铁合金和金属铝，最后将金属镁以包芯线的方式射入增压电渣重熔炉内；以氮气作为保护气，采用高氮电极，通过增压电渣重熔的方法获得高度均匀化的高氮模具钢材料。

在利用单晶金刚石刀具加工成最终模具前，先通过半精加工使工件达到较小的形貌误差，再对待加工表面进行低温离子渗氮处理，以获得可进行单晶金刚石切削的化合物层。最终采用单晶金刚石车削，得到具备极好表面质量和刚度的模具。

本发明的优点：

1、工艺操作简单，对环境无污染。

2、属于低磷、低硫高洁净度、高性能的特种钢材。

3、应用范围广，可用于各种模具的制造，尤其适用于单晶金刚石车削加工。

4、相比现在普遍使用的进口模具钢具备更好的机械性能，且生产成本低廉。

5、进一步降低金刚石刀具的磨损，延长刀具寿命。

具体实施方式

实施例1：

将各纯净原料按重量：低碳钢830公斤，金属镍50公斤，金属铜10公斤，铌铁合金1.5公斤，钼铁合金10公斤，铬铁合金9公斤，硅铁合金7.5公斤，钒铁合金12.5公斤，低碳锰铁合金26公斤，钛铁合金13公斤，硼铁合金0.2公斤，金属铝100公斤，金属镁包芯线0.5公斤配料，并按上述顺序依次加入增压电渣重熔炉内。

以氮气作为保护气，采用高氮电极，通过增压电渣重熔的方法获得高度均匀化的高氮模具钢材料。

其化学成分(Wt％)：

碳：0.15，镍：4.92，铜：1.0，硅：0.47，铝：2.93，铬：0.48，钼：0.7，锰：2.0，钒：0.09，钛：0.66，氮：0.42，铌：0.1，硼：0.001。镁：微量，铁：余量。

主要夹杂：

磷：0.0017，硫：0.0011。

将此模具钢半精加工后，进行低温离子渗氮，即可采用单晶金刚石刀具车削工件表面在低温离子渗氮后产生的化合物层，从而加工出具备镜面级表面质量的注塑模具。

实施例2：

按照实施例1的步骤和方法，制备的高氮模具钢材料其化学成分(Wt％)：

碳：0.1，镍：5.0，铜：0.8，硅：0.3，铝：1.0，铬：0.5，钼：0.5，锰：1.5，钒：0.05，钛：0.7，氮：0.5，铌：0.01，硼：0.0005，镁：微量，铁：余量。

实施例3：

按照实施例1的步骤和方法，制备的高氮模具钢材料其化学成分(Wt％)：

碳：0.2，镍：4.0，铜：0.7，硅：0.5，铝：3.0，铬：0.2，钼：0.67，锰：1.6，钒：0.1，钛：0.5，氮：0.1，铌：0.08，硼：0.0016，镁：微量，铁：余量。

其中：铌铁合金(含铌约66％)和钼铁合金(含钼约65％)，铬铁合金(含铬约60％)、硅铁合金(含硅约75％)、钒铁合金(含钒约10％)、低碳锰铁合金(含锰约85％)和钛铁合金(含钛约75％)，硼铁合金(含硼约10％)。

本发明提出的适用于单晶金刚石车削的高氮模具钢及其制备方法，已通过实例进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的制作方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。