一种耐温冲针及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种耐温冲针及其制备方法，属于模具加工【技术领域】。所述耐温冲针的组成元素及质量百分比为：碳(C)：0.30％-0.40％，铬(Cr)：12.50％-14.70％，钼(Mo)：0.10％-0.20％，铼(Re)：0.50％-1.20％，余量为铁(Fe)以及不可避免的杂质。并通过原料配制、退火处理、淬火与回火、表面抛光处理制得该耐温冲针。本发明耐温冲针的原料配伍合理，通过各元素之间产生的协同作用，提高了冲针的强度、硬度、耐高温性、耐磨性等综合性能，使其硬度可达56-58HRC，使用寿命长，并节约了生产成本与资源，提高了生产效益。
【专利说明】一种耐温冲针及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种耐温冲针，具体涉及一种耐温冲针及其制备方法，属于模具加工
【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 冲压模具是在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属材料）加工成零件（或半成 品）。冲针又名冲头，是冲压模具工作中必不可少的配件，属于可更换的模具耗材，常常将其 直接与材料接触，使材料发生分离或者塑性形变。因此，冲针的材质、结构、形状等直接影响 着冲压件的质量、生产效率以及生产成本等。而现有技术生产的冲针存在易断、磨损较快、 强度不够高、耐高温性不好等不足。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种耐磨性能、耐高温性能都 较好且使用寿命长的耐温冲针。
[0004] 本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种耐温冲针，所述耐温冲针的组 成元素及质量百分比为：碳（C) :0.30% -0.40%，铬（Cr) :12.50% -14. 70%，钥（Mo): 0. 10% -0. 20%，铼（Re) :0. 50% -1. 20%，余量为铁（Fe)以及不可避免的杂质。
[0005] 相较于现有技术，本发明中耐温冲针通过极少的组成元素，以及优化各成分的配 t匕，使其耐磨性能好，耐高温且使用寿命长。
[0006] 碳是钢中重要的组成元素，它以固溶和形成碳化物的方式来提高冲针的强度、改 善冲针的耐磨性。随着碳含量的增加，碳化合物的数量增加，尺寸加大，从而缩小碳化合物 间的间距，提高其耐磨性。但是如果碳含量过高，会加大冲针的脆性，降低其强度和韧性，反 而导致冲针易断；若碳含量过低，冲针的硬度低，耐磨性能差。本发明中将碳元素的含量控 制在0. 30% -0. 40%，可使耐温冲针具有较好的综合性能。
[0007] 本发明耐温冲针中铬（Cr)元素含量较高，可达12. 50% -14. 70%。铬元素与碳元 素可产生协同作用，形成多种碳化物，随着铬元素含量的增加，碳化物的数量也在不断的增 力口。在冲针中加入高含量的铬元素，不仅能改变冲针中碳化物弥散分布形态，获得以Cr 23C6 和Cr7C3为主的碳化物，使其弥散分布于奥氏基体上，还能提高冲针的耐磨性、硬度、强度和 抗高温、抗腐蚀性能。而且铬元素的加入能提高钢材的淬透性以及钢材的抗氧化性能，同时 也可以提高冲针的抗回火稳定性以及冲针的抗接触疲劳性能。当铬元素的含量超过12% 时，可使钢材具有良好的高温抗氧化和耐氧化性介质腐蚀的作用；但当铬元素的含量超过 15%时，会导致冲针的韧性和塑性降低。因此本发明耐温冲针中将铬元素的加入量控制在 12. 50% -14. 70%，既保证了冲针的硬度和耐磨性能，又有效防止其韧性和塑性的降低。
[0008] 在本发明耐温冲针中加入0. 10% -0. 20%钥（Mo)元素，可有效抑制冲针冷却过 程中晶界碳化物的析出，有利于细化晶粒，提高冲针的韧性；并增加碳化物的数量，提高 碳化物的硬度，改善冲针的耐磨性，提高冲针的高温硬度以及冲针的高温耐磨性。同时钥 可以有效地抑制渗碳体聚集，使钥的碳化物以极细小尺寸弥散分布在奥氏体中，强化奥氏 体组织，从而增加冲针的强度和硬度，增强其形变硬化性能，改善其抗磨损能力。此外，钥 元素还可以和铬元素产生协同作用，提高冲针的抗回火稳定性，并减小甚至消除冲针的回 火脆性。但是钥元素会降低冲针的导热性，若钥含量过高，冲针的导热性降低，从而增大 冲针的热应力，降低其抗热疲劳性能。通过试验发现，将本发明耐温冲针中钥含量控制在 0· 10% -0· 20%之间，冲针的效果最佳。
[0009] 本发明耐温冲针中加入少量稀土元素铼（Re)，用以固溶强化，提高冲针的硬度、耐 磨性、冲击韧性等综合性能，使冲针能在长期使用中耐受摩擦力。铼的加入能够提高冲针 的抗氧化性和耐腐蚀性，且其化学性质活泼，可以与硫元素化合，成为很好的脱硫剂和去气 齐[J，从而可以改变钢中夹杂物的分布与形态，改善冲针的质量。特别的，在冲针中加入铼元 素，可以产生铼效应，提高冲针的强度和韧性。
[0010] 虽然上述元素对耐温冲针材料都有一定的贡献，但使用时最关键的是要用合理的 配比及组合，这样才能充分发挥各元素的优越性。
[0011] 为了获得良好的综合性能的耐温冲针，必须严格控制杂质元素的含量。所述杂 质中，硫⑶元素的质量百分比小于等于0.025%，磷⑵元素的质量百分比小于等于 0. 025%。磷和硫都是有害元素，硫不仅在高温下会与铁元素形成FeS化合物，导致热脆，降 低钢材的热塑性、耐腐蚀性和焊接性能。本发明耐温冲针中将硫含量控制在0.025%以内用 以降低冲针的热脆性，提高它的延展性和韧性。而磷主要以Fe 3P和Fe2P的形式存在，磷化 物的熔点低于钢的熔点，当钢液凝固时磷就富集在树枝状结晶之间，形成磷偏析，溶解于钢 中的磷则沿晶界分布，导致钢的脆化。所以降低耐温冲针中的磷含量可以有效的提高其抗 拉强度。因此本发明耐温冲针中的硫和磷元素的含量均控制在0.025%以内。
[0012] 与现有技术相比，本发明通过极少的组成元素之间的合理配伍，制得耐磨性能好， 耐高温且使用寿命长的耐温冲针。
[0013] 进一步地，所述耐温冲针的组成元素及质量百分比为：碳（C) :0. 35%，铬（Cr): 13. 50%，钥（Mo) :0. 15%，铼（Re) :0. 80%，余量为铁（Fe)以及不可避免的杂质。
[0014] 进一步地，所述耐温冲针的组成元素及质量百分比为：碳（C) :0. 30%，铬（Cr): 14. 7%，钥（Mo) :0.1%，铼（Re) :1. 20%，余量为铁（Fe)以及不可避免的杂质。
[0015] 进一步地，所述耐温冲针的组成元素及质量百分比为：碳（C) :0. 40%，铬（Cr): 12. 5%，钥（Mo) :0. 2%，铼（Re) :0. 50%，余量为铁（Fe)以及不可避免的杂质。
[0016] 本发明还提供一种制备上述耐温冲针的方法，所述的制备方法包括以下步骤：
[0017] S1、原料配制：按耐温冲针所述的组成元素及质量百分比配制原料，并在 820°C _870°C下锻造成耐温冲针坯件；
[0018] S2、退火处理：将上述耐温冲针坯件进行等温球化退火处理，再将其加工成耐温冲 针初成品；
[0019] S3、淬火与回火：将上述耐温冲针初成品加热至1100°C -1150°C进行淬火，保温 1-3小时后油冷至室温，然后进行回火处理，第一次回火温度为540°C _570°C，保温1-3小 时，冷却至60°C后于530°C _550°C下进行第二次回火处理，得耐温冲针半成品；
[0020] S4、表面抛光处理：将上述耐温冲针半成品进行化学抛光处理即得耐温冲针成品。
[0021] 在上述耐温冲针的制备方法中，作为优选，步骤S1中所述锻造处理的锻造温度为 830°C -850°C。
[0022] 在上述耐温冲针的制备方法中，作为优选，步骤S2中所述等温球化退火中加热温 度为800°C _850°C，保温时间为2-4小时，等温退火温度为730°C _750°C，保温时间为3-5 小时。
[0023] 在上述耐温冲针的制备方法中，作为优选，步骤S3中所述表面淬火处理为加热至 1110°C -1130°c进行油冷淬火，保温1-3小时后冷却，然后进行回火处理，第一次回火温度 为550°C _560°C，保温3小时，冷却至60°C后在540°C _550°C下进行第二次回火处理。
[0024] 在上述耐温冲针的制备方法中，作为优选，步骤S4中所述的化学抛光处理中抛光 温度为10°c -40°c，抛光时间为0. 5-3min。
[0025] 在上述耐温冲针的制备方法中，作为优选，步骤S4中所述抛光液的组成成分为硝 酸、氢氟酸和乳化剂。
[0026] 所述耐温冲针的锻造工艺和等温球化退火工艺，一方面可以细化晶粒，提高材料 的强韧性；另一方面可以形成均匀、细小、弥散分布的碳化物，为随后的热处理准备组织条 件，避免局部的应力集中而产生热处理开裂，解决断裂和龟裂的问题，同时也有助于提高冲 针的使用寿命。
[0027] 所述耐温冲针的热处理中，表面淬火过程使耐温冲针工作层获得良好且适用的组 织，充分发挥各元素在耐温冲针中的作用，提高冲针本身工作层的硬度以及耐磨性。
[0028] 所述耐温冲针的表面抛光处理，是为了去除其表面的氧化物、毛刺、污迹等，抛光 后的冲针表面更加光亮，同时提高了冲针的使用寿命。
[0029] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0030] 1)本发明耐温冲针的原料配伍合理，通过各元素之间产生的协同作用，提高了冲 针的强度、硬度、耐高温性、耐磨性等综合性能。
[0031] 2)本发明耐温冲针的制备方法简单易行，通过特定原料的配伍及特定制备方法， 使制得的耐温冲针的硬度可达56-58HRC，其使用寿命大有提高。
[0032] 3)与现有技术相比，本发明耐温冲针大大减少了其他元素的使用，节约了生产成 本与资源，同时提高了生产效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0033] 图1是本发明的结构示意图。
[0034] 图中，1、球面；2、大圆锥部；3、小圆锥部；4、圆柱部。
【具体实施方式】
[0035] 以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述， 但本发明并不限于这些实施例。
[0036] 本发明耐高温冲针包括圆柱部4、小圆锥部3和大圆锥部2,所述小圆锥部和大圆 锥部均设置有锥度且大圆锥部的锥度大于小圆锥部的锥度，小圆锥部的一端连接在圆柱部 的一端，小圆锥部的另一端连接至大圆锥部的一端，在大圆锥部的另一端的端部设置成球 面1。
[0037] 表1 :实施例1-3用于制备耐温冲针的组成元素及质量百分比
[0038]
【权利要求】
1. 一种耐温冲针，其特征在于，所述耐温冲针的组成元素及质量百分比为：碳 (C) :0· 30 % -0· 40 %，铬（Cr) :12· 50 % -14. 70 %，钥（Mo) :0· 10 % -0· 20 %，铼（Re): 0.50%-1.20%，余量为铁（Fe)以及不可避免的杂质。
2. 根据权利要求1所述的耐温冲针，其特征在于，所述杂质中，硫（S)元素的质量百分 比小于等于0.025%，磷（P)元素的质量百分比小于等于0.025%。
3. 根据权利要求2所述的耐温冲针，其特征在于，所述耐温冲针的组成元素及质量 百分比为：碳（C) :0.35%，铬（Cr) :13.50%，钥（Mo) :0· 15%，铼（Re) :0.80%，余量为铁 (Fe)以及不可避免的杂质。
4. 根据权利要求2所述的耐温冲针，其特征在于，所述耐温冲针的组成元素及质量百 分比为：碳（C) :0· 30%，铬（Cr) :14· 7%，钥（Mo) :0· 1%，铼（Re) :1· 20%，余量为铁（Fe) 以及不可避免的杂质。
5. 根据权利要求2所述的耐温冲针，其特征在于，所述耐温冲针的组成元素及质量百 分比为：碳（C) :0.40%，铬（Cr) :12.5%，钥（Mo) :0.2%，铼（Re) :0.50%，余量为铁（Fe) 以及不可避免的杂质。
6. -种耐温冲针的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤： 51、 原料配制：按权利要求1中所述耐温冲针的组成元素及质量百分比配制原料，并在 820°C _870°C下锻造成耐温冲针坯件； 52、 退火处理：将耐温冲针坯件进行等温球化退火处理，再将其加工成耐温冲针初成 品； 53、 淬火与回火：将耐温冲针初成品加热至1100°C -1150°C进行油冷淬火，保温1-3小 时后冷却，然后进行回火处理，第一次回火温度为540°C _570°C，保温1-3小时，冷却至60°C 后于530°C _550°C下进行第二次回火处理，得耐温冲针半成品； 54、 表面抛光处理：将耐温冲针半成品进行化学抛光处理即得耐温冲针成品。
7. 根据权利要求6所述耐温冲针的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述锻造处理的 锻造温度为830°C _850°C。
8. 根据权利要求6所述耐温冲针的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述等温球化退 火中加热温度为800°C _850°C，保温时间为2-4小时，等温退火温度为730°C _750°C，保温 时间为3-5小时。
9. 根据权利要求6所述耐温冲针的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述表面淬火处 理为加热至lll〇°C -1130°C进行油冷淬火，保温1-3小时后冷却，然后进行回火处理，第一 次回火温度为550°C _560°C，保温3小时，冷却至60°C后在540°C _550°C下进行第二次回火 处理。
10. 根据权利要求6所述耐温冲针的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述的化学抛光 处理中抛光温度为l〇°C -40°C，抛光时间为0. 5-3min。
【文档编号】B21D37/10GK104099519SQ201410322742
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月8日 优先权日:2014年7月8日
【发明者】吴满旵 申请人:宁波市鄞州文昌金属制品有限公司