一种适用于高温铝合金压铸的热作模具钢

技术领域

本发明属于制造业加工领域，具体为一种适用于高温铝合金压铸的热作模具钢，主要用于制造铝合金压铸模具。

背景技术

模具是现代制造技术中的重要装备，现代化工业和先进制造技术对模具提出了更高的要求：高精度、高效率、低成本、低能耗。模具的质量不仅关系到产品的质量和性能，还直接影响到模具相关企业的生产效率和制造成本。随着一体化压铸占比增加，铝合金压铸浇铸温度升高，对模具性能提出了更高的要求。模具的寿命问题与模具钢材料直接相关，因此研究模具的失效机理具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于高温铝合金压铸的热作模具钢，在传统4Cr5MoSiV1钢的基础上进行成分调整，解决目前压铸模具在700℃以上高温压铸寿命较短的问题。

本发明采用的技术方案：

一种适用于高温铝合金压铸的热作模具钢，钢的成分及元素质量百分数为：

C:0.22～0.35，Cr:1.5～3.1，Mn:0.5～1.0，W:0.8～2.0，Mo:1.5～2.8，Si:0.2～0.6，V:0.7～1.5，Co:0.5～4.0，Fe:余量。

所述的适用于高温铝合金压铸的热作模具钢，优选的，C:0.28～0.32，Cr:1.8～2.5，Mn:0.3～0.6，W:0.8～2.0，Mo:2.3～2.6，Si:0.24～0.35，V:0.8～1.5，Co:1.5～4.0，Fe:余量。

所述的适用于高温铝合金压铸的热作模具钢，通过电炉冶炼成分符合要求的铸锭，保证铸锭致密且成分均匀；为了保证致密性和组织均匀性，铸锭在使用前进行锻造，通过控制锻造工艺，以保证锻造过程中不发生开裂，锻造后进行热处理。

所述的适用于高温铝合金压铸的热作模具钢，锻造后在1020～1080℃进行热处理，并风冷至300℃以下；随后在860℃±10℃进行球化热处理，炉冷至室温；再在1020～1060℃进行热处理，并油冷至300℃以下；最后在580～650℃进行两次不同温度回火热处理。

所述的适用于高温铝合金压铸的热作模具钢，热处理时间根据模具尺寸进行选择，具体原则如下：

(1)锻造后在1020～1080℃进行热处理时，按最大壁厚计算，每100mm保温2～3h；

(2)在860℃±10℃进行球化热处理时，按最大壁厚计算，每100mm保温4～6h；

(3)在1020～1060℃进行热处理时，按最大壁厚计算，每100mm保温2～3h；

(4)在580～650℃进行回火热处理时，按最大壁厚计算，每100mm保温2～3h。

所述的适用于高温铝合金压铸的热作模具钢，回火热处理后，在600～650℃进行时效处理。

本发明的设计思想如下：

本发明通过降低C元素和Cr元素含量，减少析出易粗化的Cr碳化物，通过提高Mo和W元素含量，使材料中析出尺寸稳定的Mo和W碳化物，保证材料在服役过程中碳化物尺寸稳定性，减少因碳化物粗化而引起的疲劳裂纹；添加Co元素提高材料固溶强化能力，保证材料长期高温服役过程中的热稳定性，进而获得抗回火能力较强的热作模具钢。另外，为了保证致密性和组织均匀性，钢锭在使用前进行高温扩散和多向锻造，锻造后进行分阶段热处理和两次不同温度的回火热处理。

本发明的优点及有益效果为：

本发明提高了模具钢的长期服役抗高温回火能力，在传统4Cr5MoSiV1钢的基础上进行成分调整。通过降低C元素和Cr元素含量，减少析出易粗化的Cr碳化物，通过提高Mo和W元素含量，使材料中析出尺寸稳定的Mo和W碳化物，保证材料在服役过程中碳化物尺寸稳定性，进而减少长期服役过程中冷热疲劳引起的龟裂，提高压铸模具寿命。

附图说明

图1为4Cr5MoSiV1钢在650℃保温100h后微观组织。

图2为实施例材料在650℃保温100h后微观组织。

具体实施方式

在具体实施过程中，本发明通过真空感应熔炼和电渣重熔的方式，通过电炉冶炼成分符合要求的铸锭，合理设计锭型，保证铸锭致密且成分均匀。为保证致密性和组织均匀性，铸锭在使用前进行锻造，要合理控制锻造工艺，以保证锻造过程中不发生开裂，锻造后进行分阶段热处理和两次不同温度的回火热处理。回火热处理后，在600～650℃进行时效处理中，硬度降低较慢。

以下，通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。

实施例：

表1给出元素含量在本发明范围内的实施例和另一种元素含量不在本发明范围内的4Cr5MoSiV1钢。

表1.4Cr5MoSiV1钢和实施例的化学成分(Fe余量)

再在1020～1060℃进行热处理，并油冷至300℃以下，再在580～650℃进行回火两次。

在实施例中，压铸模具钢的尺寸为200mm×300mm×100mm，最大壁厚为100mm，锻造后进行如下热处理：

(1)在1050℃进行热处理，保温2h后风冷至300℃以下；

(2)随后在860℃±10℃进行球化热处理，保温5h后炉冷至室温；

(3)在1030℃进行热处理，保温2h后油冷至300℃以下；

(4)再分别在620℃/2h、600℃/2h进行两次不同温度回火处理，回火温度逐渐降低，每次回火后炉冷至室温。

两种材料在上述热处理后分别对不同试样进行不同温度时效处理，并测试硬度。表2给出了两种材料的硬度检测结果，论证本发明利用合金优化设计提高材抗回火能力的正确性。

表2.4Cr5MoSiV1钢和实施例1硬度检测结果

对实施例1材料和4Cr5MoSiV1钢在650℃保温100h后析出相进行观察，如图1和2所示结果表明，实施例1材料在长时间保温后，析出相长大程度低于4Cr5MoSiV1钢。

以上试验分析表明，通过降低C元素和Cr元素含量，提高Mo和W元素含量，使材料中析出尺寸稳定的Mo和W碳化物，添加Co元素后，材料在长时间高温回火后，析出相长大减慢且热稳定性较好，因而通过上述设计耐高温压铸模具钢思路可行。