专利名称：冷作模具钢材料及合金变质剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及冷作模具钢，更具体地说，涉及一种冷作模具钢材料及合金变质剂。
背景技术：
现有的冷作模具钢材料无法应用于铸造，或者铸造得到的铸件的性能存在缺陷，因此传统的冷作模具钢的原材料的改锻多采用变向锻造法，主要锻造过程是:镦粗-拔长-镦粗，其存在的缺点是:锻造工艺过程复杂，成本高，加工的效率低，而且锻造模块为简单方形或圆柱体，与冷作模具模块得实际形状相差较大，需要再进行机加工。在锻造后的机加工过程中,机加工量大,会造成大量材料和能源的浪费。发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种可适用于铸造的冷作模具钢材料及合金变质剂。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种冷作模具钢材料，除Fe外还包含以下元素，以重量百分比计:C 1.55 1.75%，Cr 11.50 12.50%，V 0.20 0.30%，Mo 0.45 0.55%, Si ( 0.25%, Mn ( 0.20%, S^0.030%, P^0.030%, Ni ( 0.15%, Cu(0.2%。
在本发明所述的冷作模具钢材料中，材料中除Fe外还包含以下元素，以重量百分比计:C 1.72%, Cr 12.03%, V 0.25%, Mo 0.50%, Si ( 0.25%, Mn ( 0.20%, S 彡 0.030%, P(0.030%, Ni ( 0.15%, Cu ( 0.2%。
本发明还提供了一种适用于上述的冷作模具钢材料的合金变质剂，变质剂中除Fe外还包含以下元素，以重量百分比计:RE 14.0 20.5%, Mg 3.0 4.5%, Si 25 30%，Mn3.0 4.0%, Ca 3.0 5.0%, Ti 1.5 2.5%。
在本发明所述的合金变质剂中，变质剂中除Fe外还包含以下元素，以重量百分比计:RE 18.2%, Mg 4.1%，Si 26.5%, Mn 3.0%, Ca 3.5%, Ti 2.1%。
实施本发明的冷作模具模块铸造方法，具有以下有益效果:
1、本发明的冷作模具钢材料在铸造后仍具有良好的性能，具有较高的硬度和冲击韧性，能满足冷作模具模块的使用需求。通过铸造工艺来制作冷作模具模块，模具的机加工量大大减少，在保证冷作模具性能的同时，节约能源并且减少材料的浪费，生产周期也大大缩短。
2、本发明的合金变质剂可以加入到冷作模具钢材料中，合金变质剂对线收缩率影响不大，变质剂可以使铸件获得比较好的金相组织，细化晶粒并且提高硬度值和冲击韧性，改善钢液的流动性和凝固 性能，改善铸件的成分偏析和钢液的充型性能，使铸件内合金元素分布更均匀，降低铸件的表面粗糙度。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
图1是冷作模具模块的结构示意图2是冒口的结构示意图3是冒口的主视图4是冒口的俯视图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式
。
本发明冷作模具钢材料中除Fe外还包含以下元素，以重量百分比计:C 1.55 1.75%, Cr 11.50 12.50%，V 0.20 0.30%，Mo 0.45 0.55%，Si ≤ 0.25%, Mn ≤ 0.20%, S≤0.030%,P≤0.030%,Ni≤0.15%, Cu≤0.2%。在本发明的一个优选实施例中，C 1.72%,Cr 12.03%, V 0.25%, Mo 0.50%, Si ≤ 0.25%, Mn ≤ 0.20%, S^0.030%, P≤0.030%, Ni≤0.15%, Cu≤ 0.2%。
本发明还提供了一种用于添加到前述的冷作模具钢材料中的合金变质剂，用于改善材料的性能。合金变质剂中除Fe外还包含以下元素，以重量百分比计:RE 14.0 20.5%，Mg 3.0 4.5%, Si 25 30%，Mn 3.0 4.0%, Ca 3.0 5.0%, Ti 1.5 2.5%。加入的变质剂的质量为冷作模具钢材料的质量的0.15 0.45%。在本发明的一个优选实施例中，RE18.2%, Mg 4.1%，Si 26.5%, Mn 3.0%, Ca 3.5%, Ti 2.1%，变质剂的加入量为 0.4%。
本发明的冷作模具钢材料应用·于冷作模具模块铸造时包括以下步骤:
SI，熔炼前述的冷作模具钢材料。选用中频感应熔炼炉熔化钢水，用镁砂作为炉衬材料，在炉膛中央放置一个圆柱模块，炉衬打好后将感应线圈的功率先加到10KW，烘烤炉衬，保温6h，直到中间的圆柱形模块周围的镁砂完全烧结，呈黑色变脆为止。取出中间的圆柱形模块，放入准备好待熔炼的试块，将加热线圈功率选择到30KW，保持一小时试块可完全熔化。
S2，向原钢水中加入前述的合金变质剂。用红外线测温仪测量钢水的温度，当达到1550°C时，插铝出钢，采用喂丝工艺稀土合金进行变质处理。喂丝工艺中采用的丝的内芯为合金变质剂，内芯的外侧依次包覆低碳钢管和铝管。低碳钢管的壁厚为0.2 2.5mm,出钢温度越高或量越大，管壁越厚；铝管的壁厚为0.5 3.0_，壁厚按照每吨钢水铝管重0.3 0.6Kg制作。脱氧、钢水净化、杂质改性、微合金化处理等工艺可通过喂丝工艺一步完成。
S3，按照冷作模具模块的尺寸制造消失模泡沫块，并将泡沫块将试块埋入砂箱。冷作模具模块的形状如图1所示，将锆英粉涂料溶于水后均匀涂在泡沫型表面，在烘箱中加热到60°C保温I小时烘干涂料中的水份，再涂一层涂料烘干，反复三次直到泡沫表面完全结上一层致密的锆英粉保护层。
浇注模块是按照铸件工作面垂直向下放置的，浇冒口设置在铸型的最上方，尽量靠近模块的三角加强筋部位，经过综合比较，浇冒口位置的区别对铸型内缺陷的分布有一定影响。浇冒口设置在固定面根部形成缩松缩孔的分布和面积最小、数量最少，故冒口的最佳位置为固定面根部。增大浇冒口的尺寸，对铸件内减少最后凝固液相线区没有帮助 ’浇冒口的尺寸过小，会使铸件产生过多缩孔，对铸件内缩松影响不大；增加浇冒口的高度只能增大浇冒口内的缩孔。本实施例中浇冒口尺寸LXBXH为110X85X80mm，如图2-图4所示。
S4，浇注加入变质剂的钢水；本发明冷作模具钢材料的液相线温度为1482°C，若浇注温度低于材料液相凝固温度，会影响铸件的充型凝固过程，选取浇注温度为1500°C来观察缩孔和缩松的情况。经过综合比较，随着浇注温度的升高，铸件的充型时间和铸件内缩松的体积变化不大，而缩孔变多，铸件的凝固时间也延长，继续提高浇注温度会造成能源的浪费，因此最佳的铸件浇注温度为1500°C。
S5，取出冷作模具模块铸件，并进行热处理。铸件在型号为SG2-5-12，额定功率5KW，额定温度为1200°C的井式热处理炉中进行等温退火工艺:在井式热处理炉中加热到870°C，通过型号为KSW-6D-16的温度控制仪用热电偶测量温度，保温3h ;缓冷到740V’保温3h ;随炉缓冷到500°C后出炉，冷却速度小于30°C /h。再进行中温淬火工艺:加热到840°C，保温30min，继续升温到1040°C，保温20min，取出油淬。最后进行低温回火工艺:在井式热处理炉中加热到200°C，保温2h后空冷。
通过上述步骤制得的冷作模具模块的硬度为62HRC，抗压强度为5100Mpa，抗弯强度为4000Mpa，可以满足冷作模具的使用需求。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明 的保护之内。
权利要求
1.一种冷作模具钢材料，其特征在于，材料中除Fe外还包含以下元素，以重量百分比计:C 1.55 1.75%，Cr 11.50 12.50%，V 0.20 0.30%，Mo 0.45 0.55%，Si ^ 0.25%,Mn ( 0.20%, S^0.030%, P^0.030%, Ni ( 0.15%, Cu ( 0.2%。
2.根据权利要求1所述的冷作模具钢材料，其特征在于，材料中除Fe外还包含以下元素，以重量百分比计:C 1.72%, Cr 12.03%, V 0.25%, Mo 0.50%, Si ( 0.25%, Mn ( 0.20%,S ≤ 0.030%, P ≤ 0.030%, Ni ( 0.15%, Cu ( 0.2%。
3.一种适用于权利要求1或2所述的冷作模具钢材料的合金变质剂，其特征在于，变质剂中除Fe外还包含以下元素，以重量百分比计:RE 14.0 20.5%，Mg 3.0 4.5%，Si 25 30%, Mn 3.0 4.0%, Ca 3.0 5.0%, Ti 1.5 2.5%。
4.根据权利要求3所述的合金变质剂，其特征在于，变质剂中除Fe外还包含以下元素，以重量百分比计:RE 18.2%, Mg 4.1%，Si 26.5%, Mn 3.0%, Ca 3.5%, Ti 2.1%。
全文摘要
本发明涉及一种冷作模具钢材料及合金变质剂，其冷作模具钢材料除Fe外还包含以下元素，以重量百分比计C 1.55～1.75%，Cr 11.50～12.50%，V 0.20～0.30%，Mo 0.45～0.55%，Si ≤0.25%，Mn ≤0.20%，S ≤0.030%，P ≤0.030%，Ni ≤0.15%，Cu ≤0.2%；其合金变质剂除Fe外还包含以下元素，以重量百分比计RE 14.0～20.5%，Mg 3.0～4.5%，Si 25～30%，Mn 3.0～4.0%，Ca 3.0～5.0%，Ti 1.5～2.5%。与现有技术相比，本发明冷作模具钢材料可应用于铸造，加入合金变质剂可以提高冷作模具钢材料的性能。通过铸造工艺来制作冷作模具模块，节约能源并且减少材料的浪费，生产周期也大大缩短。
文档编号C22C38/24GK103147008SQ201310079850
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月13日 优先权日2013年3月13日
发明者华林, 朱春东, 余小华, 李建华, 林平 申请人:武汉理工大学