本发明涉及模具钢，更具体地是指一种高耐磨模锻模具钢及其制造方法。
背景技术：
：模具是实现无切削、少切削工艺的最佳工具，在精密锻压、冲压、压力铸造、热挤压等领域广泛应用模具成形。热作模具钢主要用于制造加热到再结晶温度以上的金属或液态金属压制成型的模具，如锤锻模、机锻模、热挤压模和压铸模等。热模锻行业对模锻件的尺寸精度要求越来越高，几乎做到模锻后的锻件不需要机加工直接装配，如精密锻造的汽车齿轮即可不需要机加工直接装配变速箱。这样的模锻件需要在偏低温度下锻造，锻造温度不超过900℃，因坯料模锻之前的加热温度低，导致坯料变形过程的变形抗力增加，同时增加了模具表面的磨损。偏低温温锻造所选用的模具材料需要高硬度及高韧性，而目前可选用的热作模具钢均难以达到精密模锻模具所需要的性能，h13钢的热稳定性不足，hd钢热稳定性比h13钢略有提高，但韧性偏低，因此精密模锻模具只能被动选用h13及在h13基础上添加nb元素的hd钢，h13或hd钢用于精密模锻都存在模具寿命不高的问题，超过1000模次模具即出现明显的磨损现象。近年来在热作模具钢领域以h13为基础成分进行优化，研发了多个提高热稳定性的热作模具钢，通过检索公开文献发现热作模具钢专利成分均集中在提高mo含量，添加w、nb、co，如专利公开号为cn101717892b的专利公开的热作模具钢成分为0.32-0.42％c；0.2-0.5％si；0.2-0.5％mn；2.2-2.7％cr；1.0-3.4％mo；0.4-0.6％v；0.8-2.2％w；0.2-1.5％co，该成分添加了w和co元素，虽然提高了热稳定性，耐磨性提高，但热稳定性提高仅比h13提高了2～3hrc；提高的幅度不大，难以满足精密模锻对模具性能的要求；且添加w和co元素降低材料韧性，小试样硬度为50hrc时的无缺口冲击功仅为170～253j，模具实物尺寸远大于冲击试样尺寸，因此模具实物的冲击功低于实验室小试样的冲击功，这样的冲击韧性不适用于中大型锻模，用于大吨位模锻压力机模具易产生早期开裂失效。由于合金元素co价格昂贵，导致上述模具钢成本升高，不利于市场推广，难于让市场接受。技术实现要素：本发明的针对现有技术的上述缺陷，采用高韧性基材加高硬度耐磨材料复合的方法，开发出一种既具有高温强度同时又具有高韧性的热作模具钢，具有较高的硬度和屈服强度配合，以替代传统的冷作模具钢材料，运用于模具行业的高端市场。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。一方面，一种高耐磨模锻模具钢及其制造方法，按质量百分比计包含：0.41～0.49％的c，0.06～0.12％的si，0.22～0.48％的mn，2.21～3.59％的cr，2.05～2.95％的mo，0.21～0.49％的v，4.1～4.5％的ni，≤0.015％的p，≤0.002％的s，0.021～0.039％的nb，余量为fe和杂质元素，且mo、v、cr与c之间的质量百分比满足以下关系式：(cr+mo)/15+v/5＝c。另一方面，上述的高耐磨模锻模具钢的其制备方法，包括以下步骤：a.采用真空感应炉冶炼得到电极棒，再经电渣重熔冶炼，得到电渣锭，对电渣锭进行加热至1240～1260℃，保温6～8小时，然后锻成圆饼；b.将圆饼按设计图纸加工型腔，然后对加工好的模具进行热处理，在真空炉进行淬火，淬火后进行回火处理；c.对经过热处理的模具进行表面强化处理，采用激光加热的方法将模具易磨损部位涂覆的bn粉末加热至熔化状态，激光光斑加热至熔化状态后移开光斑加热相邻部位，获得的复层。所述的淬火的加热温度为1020℃，保温时间为120min，淬火冷却为油冷至150℃。所述的回火次数为2次，一次回火为560℃×6小时，二次回火为580℃×6小时。采用本发明的高耐磨模锻模具钢及其制造方法，通过复合材料技术，基材具备高韧性特征，无缺口冲击功达到390j，模具表面复合bn高硬度材料，硬度高于基体6倍，耐磨性能成倍大幅提高。实现了强度与韧性的充分匹配，极大地提高了模具的使用寿命。具体实施方式本发明的高耐磨模锻模具钢及其制造方法，按质量百分比计包含：0.41～0.49％的c，0.06～0.12％的si，0.22～0.48％的mn，2.21～3.59％的cr，2.05～2.95％的mo，0.21～0.49％的v，4.1～4.5％的ni，≤0.015％的p，≤0.002％的s，0.021～0.039％的nb，余量为fe和杂质元素，且mo、v、cr与c之间的质量百分比满足以下关系式：(cr+mo)/15+v/5＝c。该成分特点为高韧性、高淬透性，具体设计基于以下原理确定的：c是提高钢的硬度和强度最为有效的元素，固溶强化作用显著，回火时析出大量弥散的碳化物具有弥散强化作用，是保证热作模具钢所能达到的强度的必不可少的元素。但c含量过高会造成钢中碳化物数量的增多，降低韧性和焊接性能。因此碳含量应适量加入，适宜的碳含量为0.41～0.49％，保证模具具有足够的强度抵抗塑形变形及开裂。钢中含有少量的si有较好的脱氧作用，si含量不宜过高，否则降低钢的焊接性能和切削加工性能，因此适宜的si含量为0.06～0.12％。mn是有利于提高钢的淬透性并提高强度的合金元素，但mn含量过高有使钢晶粒粗化的倾向。因此适宜的mn含量为0.22～0.48％。cr是有利于提高淬透性的合金元素，同时又是碳化物形成元素，提高马氏体的回火稳定性。cr含量过高将得到铁素体组织，导致强度降低，因此适宜的cr含量2.21～3.59％。mo是提高钢的热强性极为有效的合金元素，在钢中加入合金元素mo形成m2c型碳化物可提高钢的高温强度和热稳定性。但mo含量过高则增大热加工变形抗力，降低钢的热加工性能。因此适宜的mo含量为2.05～2.95％。v在钢中的作用主要是细化晶粒，钢中添加合金元素v可析出mc型细小弥散的碳化物产生二次硬化效应提高钢的回火稳定性。过高的v含量对钢的高温抗氧化性是不利的。因此适宜的v含量为0.21～0.49％。ni元素在钢中具有显著提高淬透性和韧性的作用，但ni元素过高导致奥氏体稳定性增加，形成单一奥氏体组织，因此适宜的ni含量为4.1～4.5％。在钢中添加微量nb起到细化晶粒的作用提高钢的冲击韧性。nb含量过高则降低钢的淬透性，因此添加了0.021～0.039％nb。bn是仅次于金刚石的高硬度化合物，硬度高达hv3200～4000，模具表面覆盖高硬度的bn，硬度高于基体6倍，可极大提高模具的耐磨性能。本发明的模锻用模具钢的耐磨层成分为bn，采用激光加热方法将涂在模具表面的bn粉末熔化后再凝固，形成冶金结合的耐磨层，耐磨层与基体结合牢固。其具体制备方法如下：采用500kg真空感应炉，冶炼得到φ290mm的电极棒，再经电渣重熔冶炼，得到500kg电渣锭，对电渣锭进行加热至1240～1260℃，保温6～8小时，然后锻成φ380×260mm圆饼，各实施例的成分如表1：表1各实施例化学成分将φ380×260mm圆饼按设计图纸加工型腔，然后对加工好的模具进行热处理，在真空炉进行加热及冷却，淬火后进行回火处理，回火次数为2次，具体淬火、回火工艺分别见表2、3：表2各实施例淬火处理表3各实施例回火处理序号一次回火二次回火1560℃×6小时580℃×6小时2560℃×6小时580℃×6小时3560℃×6小时580℃×6小时4560℃×6小时580℃×6小时5560℃×6小时580℃×6小时经过热处理后的各实施例的模具的无缺口冲击功如表4：表4实施例冲击韧性序号冲击功(j)硬度(hrc)139250.5238850338551439650.5539850对经过热处理的模具进行表面强化处理，采用激光加热的方法将模具易磨损部位涂覆的bn粉末加热至熔化状态，激光光斑加热至熔化状态然后移开光斑加热相邻部位，获得的复层深度见表5：表5实施例bn复层深度序号bn复层深度(mm)bn复层硬度(hv)10.11352320.09346730.13357840.15363950.123552经过上述表面强化复合处理的模具在3200吨精密模锻压力机上进行精密锻造汽车法兰锻件，模具单次使用寿命达到12000～15000件，较原来的h13模具的寿命提高了4～5倍。综上所述，本发明的复合成分的高耐磨模锻模具钢，因模具基体冲击韧性极高，表面复合层硬度极高且与基体为冶金结合，具有高耐磨、耐冲击的性能特点，尤其适用于精密模锻，模具寿命大幅度提高。本
技术领域：
中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。当前第1页1 2 3