由马氏体铬钢制造塑料模具的方法以及塑料模具的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种由马氏体铬钢制造塑料模具的方法。
[0002] 本发明还涉及一种塑料模具。
【背景技术】
[0003] 在生产应用中，塑料模具要经受多种负载，材料在长期运行中必须总是承受这些 负载。
[0004] 这些在材料上的负载主要包括化学腐蚀负荷（特别是在提高的温度下通过所使 用的塑料压制材料（如PVC)所产生的负载）、通过起研磨作用的压制材料添加剂以及在各 自的产品撮（Erzeugungsschuesse)范围的内起力学冲击作用的波动负荷所产生的模具工 作面的磨损负载。
[0005] 另外，经常要求模具的工作面的高的抛光品质，以便实现产品的美观的表面。
[0006] 在越来越多的程度上，由变形的、经过热学调质处理的成形件（譬如棒、块和类似 物）通过切削加工制作塑料模具，其具有极高的尺寸精确性。该原料必须在整个内截面上 具有同样的材料性能以及同样均质的结构、高的钢纯度以及同样的力学材料特征值。
[0007] 作为带有上述特征要求的塑料模具的材料，目前大多使用马氏体铬钢。塑料模具 还经常由根据AT407647的合金制作，并成功地加以使用。然而，有时该制造方法和各种合 金元素的当前浓度是这样的，即，在每次制作时不是所有的预期值都完全达到马氏体耐腐 蚀铬钢的性能特征。
【发明内容】
[0008] 现在，本发明的目的在于，提供一种开头所述类型的塑料模具的制造方法，用此实 现：即使在提高的温度下也同样高的腐蚀耐受度、成形的工作面的磨损强度、高的力学值特 别是用于使裂纹起始最小化并用于制造可靠性的韧性值、高的疲劳强度和硬度、极高的抛 光品质、精细的在模具整个的截面上均质的材料结构。
[0009] 对于该类的制造塑料模具的方法，该任务由此解决，即，钢锭用以下以重量％表示 的组成制造：
[0010]C=0.22至0.26
[0011]Si=0.01至0.35
[0012]Mn=0.15 至0. 60
[0013]P=最尚0? 025
[0014] S=最高0.003
[0015]Cr= 12.00至 14.00
[0016]Mo=0?10 至0?18
[0017] Ni=0.35至0.50
[0018] V=0.15至0.25
[0019] W=痕量至 0.20
[0020] Cu=痕量至 0.30
[0021] Co=痕量至 0.20
[0022] Ti=痕量至 0.02
[0023] Hf=痕量至 0.02
[0024] Zr=痕量至 0? 02
[0025] A1 = 0? 002 至 0? 02
[0026] Nb=痕量至 0.04
[0027] B=痕量至 0.001
[0028] N= 0. 08 至 0. 15
[0029] Ta=痕量至 0.04
[0030] As=痕量至 0? 005
[0031] 带有下述条件：
[0032] Mn+Ni= 0. 55 至 0. 95
[0033] Mo+W/2 = 0. 11 至 0. 20
[0034] Ti+Hf+Zr=痕量至 0? 05
[0035] V+Nb+Ta= 0. 15 至 0. 30
[0036] Nb+Ta=痕量至 0? 04
[0037] Fe和杂质元素=余量
[0038] 且带有14. 5以上至约15. 7的腐蚀耐受度PRE(N)(耐点蚀当量）值，并且，
[0039] 在高于1050°C的温度以高于2. 5倍的变形度初级变形，然后，
[0040] 必要时在中间冷却之后进行：在低于1050°C的温度，由坯件制造至少一个模具基 件，由所述模具基件必要时在切削加工之后制造出塑料模具，并使这个塑料模具或所述模 具基件奥氏体化，并且，以带有小于24的X值的冷却速率进行淬火，然后，
[0041] 在510至550°C的范围中的温度进行至少两次回火处理，其中，形成48至52HRC的 材料硬度以及该材料的在冲击弯曲试验中测得的至少60J的韧性，然后，
[0042] 最后进行切削最终加工，
[0043] 并且如果设置了的话，进行塑料模具的抛光。
[0044] 通过本发明获得的优势主要在于，根据本方法制造的塑料模具即使在提高的温度 下无论如何都具有期望的腐蚀耐受度、良好的磨损耐受度、高的力学性能值、特别是材料的 韧性、极高的抛光品质、在截面上精细的均匀的材料结构。
[0045] 为了达到塑料模具的上述有利的材料性能，正如所发现的，基于元素的反应动力 学，钢的化学组成是重要的。
[0046] 在0. 22至0. 26重量％含量的狭窄界限内的碳，以及0. 08至0. 15重量％浓度范 围内的氮是最终决定硬度和结构的元素，其中，能够实现有利的碳氮化物形成。比〇. 15重 量％更高的氮含量以及特别是同时比〇. 26重量％更高的碳含量可以与形成碳化物的元素 和形成氮化物的元素形成粗制氮化物、碳化物或碳氮化物，其一方面降低了钢的可抛光性 (可抛光性对力学性能有负面影响并特别是降低了腐蚀耐受度），这是因为，粗制含铬混合 碳化物从表面区域的基质中抽出铬或者说降低了铬含量，并由此促进腐蚀侵袭。
[0047] 如所发现的那样，形成碳化物或形成碳氮化物的元素铬、钼、钒、钨、钛、铪、锆、铌、 钽的各自的活性通过它们在碳含量和氮含量方面的相互作用，在给定的范围内协调于所预 期的反应产品的大小、形状和分布。然而在此重要的是，合计含量为：
[0048]Mo+W/2 =0?11 至0?20
[0049]Ti+Hf+Zr=痕量至0? 05
[0050]V+Nb+Ta=0?15 至0? 30
[0051]Nb+Ta=痕量至0? 04
[0052] 其分别为重量％。
[0053] 根据本发明，上述用于碳化物组分的求和公式考虑了反应动力学和碳化物的晶体 结构（铪、锆和钽的值通过化合物的自由生成焓计算出）。
[0054] 对于经均质化的材料的奥氏体化，针对淬火进行了：在上述浓度条件下的持续的 Cr-Mo-W溶解和大多数情况下V与（C和N)的化合。仅最精细的带有钒的混合碳氮化物和 /或铌和/或钽的碳氮化物（其仅以最小的程度具有由多种元素制成的金属部件）保持为 在基质中以纳米范围的直径均质分布的状态，并且防止了：在低于1050°C的给定的淬火温 度下妨碍晶核生长，这最终对于改善塑料模具材料的力学性能起决定性作用。
[0055] 对于大的模具基件，为了在热调质时获得足够的淬入深度或淬透，设置了分别以 重量％给出的0. 15至0.60的锰和0.30至0.60的镍。然而，为了控制这些元素的奥氏体 稳定化的效果，根据本发明，限制性地设置了 0. 55至0. 95重量％的（Mn+Ni)含量。
[0056] 因为，如以上所述地在结构形态中防止了碳氮化物析出物的粗粒化，不会强制性 地形成铬在表面的显著富集，如果该合金具有14. 4以上至约15. 7的PRE(N)值，这就在此 处防止了腐蚀侵袭。PRE(N)值由（％Cr+3. 3X%Mo+16X%N)得出。
[0057] 为了降低铸件中已有的微观偏析，或为了促进材料均匀性，有利的是，在1050°C以 上的温度高于2. 5倍的变形度对原锭进行变形（变形度是起始截面除以最终截面的商）。
[0058] 对于在其化学组成方面符合本发明的特征的材料的淬火，必须在模具基件或模具 的整个截面上调整出马氏体结构，从而使用：对奥氏体强制冷却，以形成马氏体。小的冷却 速率可以在晶界处，必要时也以小的程度导致形成珠光体结构或中间体结构，这决定性地 劣化了材料的韧性值。因此根据本发明，钢的奥氏体温度的冷却速率以小于24的X值实 施。（由800°C至500°C的冷却时间（秒）除以100,得出A值。）
[0059] 为了完全转化为奥氏体，经淬火的毛坯模具或者模具的回火要求：至少两次将部 件加热至在510至550°C的范围中的温度，以便调整出在48至52HRC的范围中的材料硬度。 然后根据本发明，材料的韧性为：在冲击弯曲试验（根据ASTM，E23)中测得的至少60J。
[0060] 根据本发明的方法有利的实施方式在权利要求2和3中示出。
[0061] 根据本发明所述的制造塑料模具的方法，其中，钢锭具有以下以重量％表示的组 成：
[0062]C=0?23 至0?25
[0063]Si= 0? 20 至 0? 30
[0064] Mn=0? 32至小于0? 5
[0065] P=最尚 0? 022
[0066]S=最高0? 0008
[0067] Cr=13. 00至13. 60
[0068]Mo =0?12 至0?16
[0069]Ni =0?38 至0?48
[0070]V=0?18 至0?21
[0071] W=痕量至0.20
[0072] Cu=痕量至0.30
[0073] Co=痕量至0.20
[0074] Ti =痕量至 0? 008
[0075] Hf=痕量至0.02
[0076] Zr=痕量至0? 02
[0077] A1 = 0. 006 至 0. 018
[0078] Nb=痕量至0.03
[0079] B=痕量至 0.001
[0080] N=0? 10至0? 13
[0081]Ta=痕量至0.04
[0082]As=痕量至0? 005
[0083] 带有下述条件：
[0084]Mn+Ni=0. 50至0. 9
[0085]Mo+W/2 =0.14 至0.18
[0086]Ti+Hf+Zr=痕量至 0? 006
[0087]V+Nb+Ta=0.18 至0.25
[0088]Nb+Ta=0. 005至0. 03
[0089]Fe和杂质元素=余量。
[0090] 本发明还涉及一种塑料模具，其带有高的力学负载能力和高的化学腐蚀负载能力 (化学腐蚀耐受性）以及高的抛光