一种铜合金压铸模具钢及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种铜合金压铸模具钢及其制备方法，属于钢铁材料【技术领域】。本发明为一种单一奥氏体相基体上分布有高硬度、高热稳定性的硬质硼化物强化相的热作模具钢，不含W、Mo、V、Co等金属，其化学组成及重量百分比为：0.3wt%?0.6wt%C，0.lwt%?1.2wt%Si,6.Owt%?14.Owt%Mn，8.Owt%?16.Owt%Cr，3.Owt%?8.Owt%Ni,0.5wt%?1.Owt%Cu，0.lwt%?0.8wt%B，P〈0.015wtS〈0.015wt%，余量为Fe。本发明将原材料进行熔炼，并在氩气气氛保护下浇铸铸锭，热处理及锻造处理之后得到铜合金压铸模具钢。本发明铜合金压铸模具钢的高温力学性能为：850°C高温抗拉强度为200MPa?210MPa,屈服强度为160MPa?200MPa；850°C高温抗压强度为270MPa?310MPa，屈服强度为170MPa?210MPa。相同试验条件下高温抗拉强度和高温抗压强度均显著高于H13钢。
【专利说明】一种铜合金压铸模具钢及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于钢铁制备【技术领域】，具体涉及一种铜合金压铸模具钢及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 热作模具钢是制造热锻模、热顶锻模、热挤压模和压铸模等热作模具的金属材料。 由于热作模具服役条件非常恶劣，如承受各种应力，承受金属熔液对模具工作表面的溶蚀， 在工作中反复被高温金属交替加热与冷却，由此产生的表层压应变与拉应变作用，很容易 产生热疲劳等。因此热作模具材料应该具有高热强度、高温硬度、冲击韧性、淬透性、良好的 热稳定性和抗冷热疲劳性能等。总之，热作模具钢应该具有优异的综合力学性能。
[0003] 压铸模的服役条件非常苛刻，压铸模的型腔表面主要承受高温高压的金属液的压 力、冲刷、侵蚀和高温的作用，每次压铸脱模后，还要对型腔表面进行冷却、润滑，使模具承 受频繁的急热、急冷作用。由于被压铸的金属材料不同，其熔化的温度差别很大，使得压铸 模的工作条件和使用寿命有很大的差别。相对于其他有色金属来说，铜合金压铸模的服役 条件更加苛刻。液态铜合金的温度一般高达900?IKKTC，铜合金的浇铸温度为940? 980°C，以10_20m/s的速度压入模腔，压射比压大约为40?lOOMPa，持压时间大约为2? l〇s，铸件在铸型中的停留时间大约为8?20s，模具型腔温度可高达750?850°C，因此铜 合金压铸模的使用寿命非常低。如果使用不当、模具材料质量劣、机加工或热处理工艺不 良，模具的使用寿命会更低。
[0004] 目前，铜合金压铸模具钢一般选用3Cr2W8V、4Cr3M〇3SiV等高热强热作模具钢材 料。为改善铜合金压铸模具钢的使用性能，国内也有针对性地开发了新型热作模具钢Y4,但 这类钢在使用过程中仍然存在使用寿命提高不多，成本较高等缺点。
[0005] 针对铜合金压铸模具钢存在的问题，本发明提出将高抗冷热疲劳性能、高热强性、 高抗氧化性能的高温热作模具钢和硼化物的特点融合起来，以高硬度、高耐热冲击性能的 硼化物替代模具钢中的碳化物，即在具有很高强韧性的模具钢基体上分布有形态可控的硼 化物，发挥两者各自的优势，开发出一种新型的适合于铜合金压铸模具要求的新型热作模 具钢。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种成本较低，以具有高热稳定性和高硬度特性的硼化物为 耐磨硬质相和高抗冷热疲劳性能、高热强性、高抗氧化性能的奥氏体为基体的铜合金压铸 模具钢及其制备方法。
[0007] 所述铜合金压铸模具钢的化学组成及重量百分比如下：
【权利要求】
1. 一种铜合金压铸模具钢，其特征在于，所述铜合金压铸模具钢的化学组成及重量百 分比如下：
余量为Fe。
2. 如权利要求1所述的铜合金压铸模具钢的制备方法，其特征在于，将原材料进行熔 炼，并在氩气气氛保护下浇铸铸锭，热处理及锻造处理之后得到铜合金压铸模具钢。
3. 如权利要求2所述的铜合金压铸模具钢的制备方法，其特征在于，包括以下具体步 骤： 1) 将熔炼用原材料，经过表面除锈和除油污处理后，称量并进行钢液熔炼；炉料熔清 后，立即加入碳含量为0. 05% wt%?0. 15wt%的石墨颗粒进行精炼； 2) 精炼结束后加入市售粒径为3?5mm的石墨颗粒增碳剂调节钢液的碳含量； 3) 加入硼铁，然后加大功率对钢液搅拌Imin?2min ; 4) 出炉前3min?5min在钢液中加入猛铁； 5) 出炉前充入氩气，之后将钢液浇铸在钢锭模中获得铸锭，或者采用树脂砂铸型浇铸 Y型试块； 6) 待铸锭或Y型试块冷却后取出，进行热处理和锻造处理，经保温油淬后得到铜合金 压铸模具钢。
4. 如权利要求3所述的铜合金压铸模具钢的制备方法，其特征在于，步骤1)中，烙炼用 原材料为低碳钢、硅铁、铬铁、纯镍、纯铜。
5. 如权利要求3所述的铜合金压铸模具钢的制备方法，其特征在于，步骤1)中，精炼 期的熔炼温度控制在1600°C?1700°C，真空度控制在0. 5Pa?10Pa，保温时间为30min? 60min〇
6. 如权利要求3所述的铜合金压铸模具钢的制备方法，其特征在于，步骤5)中，浇铸温 度控制在1580°C?1600°C，氩气压力为5000Pa?lOOOOPa。
7. 如权利要求3所述的铜合金压铸模具钢的制备方法，其特征在于，步骤6)中具体 操作为，待铸锭或Y型试块冷却后取出，切割浇冒口后按以下工艺进行热处理，l〇〇〇°C? 1050°C下进行均匀化扩散退火，保温时间为Ih?3h ;之后进行锻造处理，1050°C?1150°C 始锻，950°C?1000°C终锻；然后在1000°C?1150°C保温0. 5h?2h，油淬，得到铜合金压铸 模具钢。
【文档编号】C22C38/58GK104213044SQ201410426361
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】陈祥, 任美康, 李言祥 申请人:清华大学, 宁波禾顺新材料有限公司