[发明专利]高耐磨性模具钢

说明书

技术领域

    本发明属于合金钢材料制备技术领域，尤其是涉及一种耐磨性能高的模具合金钢。

背景技术

    模具钢是用来制造冷冲模、热锻模压铸模等模具的钢种，模具是机械制造、无线电仪表、电机、电器等工业部门中制造零件的主要加工工具，模具的质量直接影响着压力加工工艺的质量、产品的精度产量和生产成本、而模具的质量与使用寿命除了靠合理的结构设计和加工精度外，主要受模具材料和热处理的影响。 

    热作模具钢对硬度要求适当，侧重于红硬性，导热性，耐磨性。因此含碳量低，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性、红硬性为主。热作模具工作条件的主要特点是与热态金属相接触、这是与冷作模具工作条件的主要区别，其模腔表面温度可达300～400℃以上，有点可达500~800℃以上，甚至达1000℃以上。这样高的使用温度会使模腔表面硬度和强度显著降低，在使用中易发生打垛。

    日本研发出的SKD11号工具钢，在业界最为知名，价格也最高，该钢广泛应用于冷作模具钢，经电炉冶炼并经电渣重溶，高纯净度，韧性更好，组织均匀，具有良好的高温强度、韧性与抗高温疲劳性能，能承受温度骤变，适宜在高温下长期工作，具有优良的切削性能和抛光性能，淬火温度1020℃，是制作大、中型铝合金压铸模的最佳材料，其成分和质量百分比为：1.5%，Si0.25%，Mn0.45%，Cr12%，Mo1.00%，V0.35%，P≤0.025%，S≤0.01%。

   上述SKD11号合金钢，虽然知名度高，但是其价格昂贵也为业界所诟病，因此，有必要研发出一种价格低廉，性能与SKD11相当或更高的模具合金钢。

发明内容

    本发明要解决的技术问题是提供一种耐磨性能高，价格低廉，热处理变形性小且可切削性强的高耐磨性模具钢。

    为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是，该高耐磨性模具钢的成分及重量百分比为：C0.9~1.0%，Si0.6~1.1%，Mn0.2~0.5%，P≤0.025%，S≤0.02%，Cr7.7~8.2%，Mo0.7~1.0%，W0.3~0.6%，V0.05~0.15%，Ni0.35~0.55%，Cu0.2~0.4%，Nb0.05~0.15%，Al0.2~0.4%，余量为铁。

    由于模具钢对硬度要求非常高，上述发明技术方案中的含碳量选择在比较低的水平，即0.9~1.0%，但是含碳量又不能过低，过低容易造成韧性不足和冷热疲劳；Cr元素是铁素体形成元素，缩小Y区，能大大提高模具钢的强度和塑性，尤其在与Ni结合的钢中尤为显著，但是对于Cr的含量有严格要求，本发明技术方案将Cr的含量限制为7.7~8.2%，再将其与W0.3~0.6%及V0.05~0.15%配合，可以得到具有很好红硬性的模具钢。

加入Si0.6~1.1%使得该模具钢具有很好的耐热性和抗氧化性。

加入Nb0.05~0.15%的作用主要是可得极细弥散相，对模具钢的耐热性能改善有利。    

    Mo元素在本发明中的作用主要是降低模具钢的脆性，当然，其他元素W、V等也对模具钢脆性的改善有很大的作用。

    加入Nb0.05~0.15%，尤其是在Cr的含量为7.7~8.2%的前提下，可降低模具钢的空冷硬化性，避免回火脆性，提高蠕变强度，降低蠕变速率。

    Cu元素在本发明中的突出作用是改善模具钢的抗大气腐蚀性能；其与P的配合使用，提高了模具钢的强度和屈服比；但是，P含量不应过高，会造成偏析严重，增加回火脆性，显著降低钢的塑性和韧性，致使钢在冷加工时容易脆裂，也即所谓“冷脆”现象，因此，在本发明技术方案中，将其含量限制为P≤0.025%，即不含P也是允许的。

    S有助于改善模具钢的切削性能，但是，S在模具钢中倾向于是有害元素，因此，应严格限制S的含量。

    作为本发明的进一步改进，C0.9%，Si0.6%，Mn0.2%，P0.01%，S0.01%，Cr7.7%，Mo0.7%，W0.3%，V0.05%，Ni0.35%，Cu0.2%，Nb0.05%，Al0.2%，铁为余量。

作为本发明的进一步改进，C1.0%，Si1.1%，Mn0.5%，P0.025%，S0.02%，Cr8.2%，Mo1.0%，W0.6%，V0.15%，Ni0.55%，Cu0.4%，Nb0.15%，Al0.4%，铁为余量。