[发明专利]一种用于制备高温重载条件下大型热锻模具的特种铸钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于制备高温重载条件下大型热锻模具的特种铸钢，该特种铸钢的化学成分以质量%计，包括碳元素含量为0.35‑0.5%、硅元素含量为0.2‑0.6%、锰元素含量为0.6‑1.0%、磷元素含量≤0.02%、硫元素含量≤0.02%、铬元素含量为1.4‑1.7%、镍元素含量为1.4‑1.7%、钼元素含量为0.15‑0.3%，余量为铁和杂质；本发明提供了一种新型铸钢用于制备大型热锻模具，使得大型热锻模具在350℃以上、局部瞬时应力650MPa以上的极端条件下与8万吨模锻液压机配合成形难变形材料时，大型热锻模具的硬度、强度、塑性和韧性方面的性能都能够满足要求，避免了在极端条件下热锻模具的强度、硬度迅速降低，造成模具基体发生严重塑性变形、开裂等问题，避免了模具严重失效不能再使用等问题；使得热锻模具的使用寿命显著提高。

技术领域

本发明属于铸钢制造领域，具体涉及一种用于制备高温重载条件下大型热锻模具的特种铸钢及其制备方法。

背景技术

随着国家重型装备制造业的发展，大飞机、船舶制造等装备制造业需要迅速提升能力。世界上最大的大型模锻液压机(8万吨压机)应运而生，其使用的大型热锻模具(单套重量已达60～100吨)已广泛应用于航空、航天、核电、石化等领域的大型模锻件生产制造中，如大飞机机身框架、起落架、发动机涡轮盘、大型缸体、泵体等，这些锻件的锻件材料主要包括铝合金、高温合金、钛合金等。然而难变形材料(高温合金、钛合金、超高强度钢等)大型锻件的始锻温度高，在锻造成形过程中因锻件与模具接触时间长，模具承受压力高，温度迅速升高至350-700℃以上，导致模具强度、硬度迅速降低，造成常规5CrNiMo、5CrMnMo材质的模具发生严重塑性变形、开裂等问题，使得模具寿命极低，模锻1-2件锻件后模具变形高达10mm以上，导致模具严重失效不能再使用等问题。

现在也有选用H13钢作为模具材质后，模具的变形程度有所减轻，但新的问题也悄然出现，模具常发生在预热和放置时整体断裂报废的情况。经分析认为，这与冶金缺陷和加工应力消除不充分有关。当H13材质的模具重量超过15吨，受大型钢锭铸造冶金质量低下、钢锭自由锻锻透性差、热处理淬火硬度低的影响，探伤合格率极低，合格率仅为50％左右，模具寿命也得不到保证，这严重影响了模具的生产效率和生产成本。

为了解决所述技术问题,发明人曾设计了一种夹心层锻模及锻模夹心层堆焊的工艺方法并申请了专利,专利号为ZL201510171656.4。该方法工艺中,采用铸钢作为大型锻模基体,形成波浪形基体表面,并通过在铸钢基体层上进行梯度功能层增材制造,进而通过回火去应力、机加工成型等获得最终模具。这样,得到的大型锻模能够基本满足锻模模具在硬/强度和塑/韧性等方面的性能要求，有效延长锻模使用寿命的同时又可降低生产成本，实现了低成本、短时间、高利用率的制造和使用模具,对锻造模具行业具有无法估量的意义。

发明人在实施上述方法的过程中,发现这种基于铸钢基体的多梯度功能层增材制造的大型热锻模具在8万吨压机上成形难变形材料时，铸钢基体如何满足高温(350℃以上)重载(高温下局部瞬时应力650MPa以上)下强、硬度和塑、韧性协调匹配的性能要求？特种铸钢材料与背景技术中增材制造的多梯度功能层如何良好结合并平稳过渡？特种铸钢材料的性能如何保证满足8万吨压机上大型热锻模具多次修复和再制造(多次使用，降低单件摊销成本)的使用要求？是本领域研究的新方向。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于制备高温重载条件下大型热锻模具的特种铸钢，解决了现有的铸钢在温度在350℃以上、局部瞬时应力在650MPa以上的条件下硬、强度和塑、韧性方面的性能无法满足要求等技术问题，进一步提高了特种铸钢材料与增材制造的多梯度功能层之间的结合强度，有效提高了大型热锻模具的一次使用寿命和增加了可修复再制造的次数。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：