[发明专利]高强韧性工模具钢无效
申请号: | 88105812.2 | 申请日: | 1988-12-14 |
公开(公告)号: | CN1006813B | 公开(公告)日: | 1990-02-14 |
发明(设计)人: | 李辉 | 申请(专利权)人: | 湖南省冶金材料研究所 |
主分类号: | C22C38/28 | 分类号: | C22C38/28 |
代理公司: | 湖南省专利事务所 | 代理人: | 鲍子玉,张妮妮 |
地址: | 湖南省长沙市*** | 国省代码: | 湖南;43 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 高强 韧性 工模 | ||
本发明系高强韧性工模具钢。其主要特征是综合性能良好,强韧性见著,强硬性兼优,耐磨性高,高温性能好,因而适用范围广,可作冷热工模具兼用,使用寿命高,比常用工模具钢提高几倍至十余倍。
随着国内外少无切削加工新工艺和难加工新材料的发展,对工模具材料提出各种新的更高的要求:不仅要求有高硬度、高红硬性、高强度等,而且还要求有高韧性、高疲劳性等特性。可是,目前国内外大量应用的工模具钢,如W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、Cr12、Cr12MoV等,虽然硬度、红硬性、抗压强度等性能高,但冲击韧性、抗弯强度、疲劳性能等不足,以致制作承受冲击应力较大的工模具,普遍存在着使用寿命甚低的问题。为寻求高强韧性工模具用新钢种,国内外开展了对基体钢类型模具钢的研制和应用。例如,美国VASCO公司的MA(5Cr4-Mo3W2V)和MotrixⅡ(55Cr4Mo5WVCo8)钢,日本特殊钢公司的Mo12(5Cr4Mo4W2V)钢;我国的65Nb(65Cr4W3Mo2VNb)钢和O12Al(5Cr4Mo3SiMnVA1)钢(见上海材料研究所编印的“几种新型模具钢”,第2页)等。这些钢虽然强韧性、疲劳性能等,比常用工模具钢提高较大,但还存在着强硬性、红硬性、耐磨性等不足的弱点,以致钢的适用范围不广,还属于专用性模具钢。
本发明的目的,在于立足我国资源条件和经济原则,提供综合性能良好、强韧性见著、耐磨性高、高温性能好、红硬性较高的多用性工模具用钢。它既可以作冷作模具,又可作热作模具,既可以作多种冲模具,又可作承受冲击力大的刀具及硅钢片轧辊等,具有一钢多用的特点。
本发明提供了一种高强韧性工模具钢,其化学成份范围为(重量):碳0.58~0.68%,钨7.5~9%,铬4.2~4.8%,钒0.8~1.2%,钛0.05~0.35%,硅≤0.6%,锰≤0.4%,硫≤0.03%,磷≤0.03%,铜<0.30%,镍<0.25%。
本发明钢化学成份确定的理由如下:
鉴于国内外常用工模具钢强韧性不够的主要原因,是因其中含有硬度虽高,但脆性大的过量合金碳化物较多,以致制作工模具使用时常易发生拆断、开裂、崩口等形式失效。因此,本发明为通过减少高速钢中的过量合金碳化物带来的脆性,来达到既保持高速钢适当的强硬性而又较大地提高强韧性,以实现一钢多用、适作多种工模具的目的,特在分析国内外现有工模具钢特性的基础上,对本发明钢的化学成份,既参考了高速钢W18Cr4V钢的基体成份(50Cr4.4 W8.6V),又根据碳平衡经验公式(C%=0.033W+0.063Mo+0.200V+0.036Cr+0.250Ti+0.112Nb)和多种强化原理(如细晶粒强化、相变强化、析出强化、固溶强化等),为了进一步提高改善其性能,除适当地提高其碳含量,使钢还保持较高的强硬性、红硬性等性能之外,还结合我国资源条件和经济原则,在钢中添加了少量的强碳化物形成元素Ti,以进一步提高强韧性、耐磨性等。
为确定Ti、C在钢中的最佳含量,并初步探讨在钢中作用机理问题,本发明通过大量研究结果,得出如下几点:
1、在钢中添加0.05~0.35%的Ti,对钢的强韧性(包括抗弯强度和冲击韧性等)提高显著。这主要是由于Ti在钢中起了细化晶粒并改善马氏体形态和弥散析出强化等作用。同时,Ti因在钢中形成高硬度的TiC,分布在高强韧性的基体上,以致对提高钢的耐磨性也起重要作 用。
2、在高速钢基体成份碳含量为0.50%的基础上,适当地提高钢的碳含量,使之介于高速钢的标准成份和基体成份碳含量之间,符合定碳比规律,能使钢具有强韧性显著、强硬性兼优等特点。因为当钢中碳化物过量时,钢的硬度虽高,但强韧性不足,用作承受冲击力较大的工模具,容易拆断开裂失效;而当碳含量在0.55%时,淬回火试样的冲击韧性虽可达2157KJ/m2,但硬度(HRC)<60,用作承受压应力较大的冲模具,容易发生镦粗变形,亦降低使用寿命。因此,为使钢的强韧性和强硬性适当配合,碳含量宜在0.60~0.70%为好。
至于发明钢中的其他主要元素(W、Cr、Mo、V),由于为使冶炼时较易控制,仅在高速钢基体成份的上下,适当地扩大含量范围。鉴于这些元素在本发明钢中的作用,应与在高速钢中作用相似,故未作进一步研究,在此也不分别论述。
本发明钢的主要性能如下:
1、主要物理性能:如表1、2所示。
2、主要机械性能:如表3、4、5、6。
表1 本发明钢的临界点和残余奥氏体量、弹性模量、比重
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