[发明专利]一种塑料模具用铸造合金及其制备方法

说明书

一种塑料模具用铸造合金及其制备方法，各元素质量百分含量为Cr：4.0～4.8，Nb：0.8～1.3，La：0.5～1.2，B：1.3～1.6，C：0.60～0.70，Mn：0.5～1.0，Si：≤1.0，P：≤0.1，S：≤0.06，其余为铁。将原料在1480～1600℃熔化，使得纯铁和铬铁充分熔化；将熔体温度降至1300～1360℃后，加入氧化镧，用配料总量0.1～0.15％的纯铝脱氧；保温约6～12分钟，待熔体温度为1250～1350℃时浇铸合金。本发明铸锭硬度达HRC48～54，冲击韧性达8.0～12.0J/cm²，抗弯强度达1460～1812MPa，表面粗糙度低于0.32μm。

技术领域

本发明属于高韧性的塑料模具领域，涉及一种稀土镧变质的细晶粒硼化物和马氏体基体相的高韧性铸造模具及其制备方法，可推广应用到塑料模具的成型件及相关高韧性、高耐蚀性的耐磨场合。

技术背景

塑料模具的工作条件与冷冲模不同，除了受到一定压力作用外，一般需在150～200℃下进行工作，还要承受温度影响。塑料模具用钢应满足以下要求：

(1)强度性能：塑料模型腔表面受压、受热可引起塑性变形失效，尤其是当小模具在大吨位设备上工作时，更容易产生超负荷塑性变形。塑料模具所采用的材料强度与韧性不足时，容易造成塑性变形失效和断裂。

(2)耐热性能：随着高速成型机械的出现，塑料制品运行速度加快。由于成形温度在200～350℃，如果塑料流动性不好，成形速度又快，会使模具部分成型表面温度在极短时间内超过400℃。为保证模具在使用时的精度及变形微小，模具钢应有较高的耐热性能。项目所涉及的非晶/纳米晶合金瞬态温度达到800℃时，不会引起力学性能出现显著变化，但做为塑料模具，由于长期在受力作用下发生热循环作用，因此其热疲劳损伤还是有潜在的可能，需要进行相关指标测定，如高温持久强度和热疲劳强度。

(3)足够的耐磨性和优良的切削加工性

随着塑料制品用途的扩大，在塑料中往往需添加玻璃纤维之类的无机材料以增强塑性，由于添加物的加入，使塑料的流动性大大降低，导致模具的磨损，故要求棋具有良好的耐磨性。大多数塑料成型模具，除电火花加工外还需进行一定的切削加工和钳工修配。为延长切削刀具的使用寿命，在切削过程中加工硬化小。为避免模具变形而影响精度，希望加工残余应力能控制在最小限度。

一般情况下，耐磨性随硬度增加而提高，但硬度增加会使得切削加工困难，因此应合理确定硬度范围。

(4)镜面加工性能和尺寸热稳定性

型腔表面光滑，成型面要求抛光成镜面，表面粗糙度低于0.4μm，以保证塑料压制件的外观并便于脱模。材料组织均匀，残余应力小，温度变化引起的尺寸变化率小，有利于保证模具尺寸精度和表面粗糙度。

(5)耐腐蚀性

在成形过程中可能放出腐蚀气受热分解出具有腐蚀性的气体，如HC1、HF等腐蚀模具，有时在空气流道口处使模具锈蚀而损坏，故要求模具钢有良好的耐蚀性。

模具制造的首要问题是模具材料。近几年，虽然我国模具工业得到迅猛发展，为国产模具钢提供了一个巨大的市场，带动了国内模具钢的产量、品种、规格及品质水准的提高。目前，国内模具钢年产量已达60万吨左右，但国产模具钢无论在品种还是质量上仍难以全部满足国内模具市场的需求。随着我国模具工业的持续发展，我国模具钢产品大量依赖进口，对外依存度高达50％左右，特别是对于高档模具用钢进口量不断攀升。模具用钢进口主要来自日本、德国、瑞典、奥地利、韩国等国家。

塑料模具的制作成本中，加工和抛光占到了70％～80％，这是由于零件精度和光洁度要求高，使得塑料模具制备过程极其严格，以型芯为例，包括飞边、粗磨、铣床、钳工、粗加工、精磨、精加工、电火花加工、省模等多个步骤。繁琐的制备工艺还使得模具生产的周期很长，对模具设计和材料选取提出严格要求，限制了塑料制品的创新和个性化设计。