[发明专利]一种高硬度高淬透性预硬化塑料模具钢及其制备方法

说明书

一种高硬度高淬透性预硬化塑料模具钢及其制备方法，属于工模具钢技术领域。该钢的具体化学成分重量％为：C：0.40～0.50％，Si：0.2～0.5％，S：≤0.030％，P：≤0.030％，Mn：0.6～1.0％，Ni：0.8～1.5％，Mo：0.6～2.0％，Cr：1.6～2.5％，V：0.1～0.5％，余量为Fe及不可避免的杂质。优点在于，与现有技术相比具有更高预硬化硬度、更高韧性、更高淬透性，综合性能更加优异。该钢更易制作高硬度特大型预硬化塑料模具钢模块，满足用户需求。

技术领域

本发明属于工模具钢技术领域，特别涉及一种高硬度高淬透性预硬化塑料模具钢及其制备方法，具有高硬度高淬透性，优异综合性能预硬化型塑料模具钢。适用于各类大型、特大型高抛光性能塑料模具用钢。

背景技术

现在塑料制品作为金属制品的替代品得到广泛的应用，高强度工程塑料、超高强度工程塑料、添加大量GF的树脂用量不断增加。伴随着汽车、家电等行业广泛采用塑料制品，用于塑料制品成型模具制造的模具钢尺寸要求越来越大。目前，市场上广泛采用的大型塑料模具钢是3Cr2MnNiMo预硬化塑料模具钢，该钢由于具有较高的淬透性、综合力学性能优异，广泛用于厚度600mm以上的大型预硬化模块制备，预硬化硬度通常为32～36HRC。目前，随着塑料制品表面光洁度、尺寸精度要求的不断提高，对塑料模具钢的抛光性能提出了更高的要求。为了获得更高抛光性能，预硬化硬度向更高硬度38～42HRC发展。然而，对于传统3Cr2MnNiMo钢在高硬度预硬化时，由于力学性能不足，尤其是冲击韧性、淬透性不足，致使在生产更大型模块(≥800mm厚)时，常发生开裂、硬度不均匀、很难实现高硬度预硬化等技术难题。如图1所示，传统3Cr2MnNiMo钢在将预硬化硬度由32～36HRC提高到38～42HRC时，由于其自身的性能特性决定了其回火温度要降低到500℃以下，从冲击韧性曲线可以看出，在500℃以下，冲击韧性达到了最低值，因此，将会发生开裂等现象，不能实现高硬度预硬化的要求。同时，3Cr2MnNiMo钢的淬透性不足，对于生产厚度大于800mm以上的模块时，心部很难淬透，容易保留原始的珠光体组织，使其预硬化硬度和冲击韧性都不能满足要求。见图1、图2。

发明内容

本发明的目的是提供一种高硬度高淬透性预硬化塑料模具钢及其制备方法，具有高硬度高淬透性，优异综合性能的预硬化型塑料模具钢。

本发明是通过设计C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo等合金元素，尤其是针对性能要求进行了元素含量的优化匹配，并合理添加V、Nb、Ti、B、Co、Al等合金元素，能够实现高硬度预硬化，并具备更高淬透性、更高强韧性，各方面综合性能优异的一种新型高硬度预硬化型塑料模具钢，满足市场对特大截面、高硬度高抛光性能预硬化塑料模具钢的需求。

本发明设计相对较高的C含量，使钢材更易实现高硬度。设计较高Mo含量，利用Mo元素的析出强化效应，使钢的高温回火过程中析出M₂C型碳化物，产生类似于二次硬化效应，增加钢的高温强化效果，提高抗回火软化性能，使钢可以采用更高的回火温度进行回火，避开低温回火脆性区域，进而进一步消除特大型模块的组织应力，避免预硬化热处理开裂。同时，提高钢的淬透性，使大型模块心部也利于淬透。添加V元素，细化奥氏体晶粒，提高冲击韧性，提高钢的强度和硬度，同时细化组织，提高抛光性能。设计较低Mn含量，降低由于Mn含量引起的材料脆性，提高冲击韧性。适当添加Nb、Ti、B等合金元素，细化晶粒尺寸，提高冲击韧性，提高钢的强化效果。适当添加Co、Al元素增加固溶强化效果，抑制碳化物偏析形成。

根据上述目的和整体技术方案，本发明具体的技术方案为：

本发明钢的化学成分(重量％)如下：C：0.40～0.50％，Si：0.2～0.5％，S：≤0.030％，P：≤0.030％，Mn：0.6～1.0％，Ni：0.8～1.5％，Mo：0.6～2.0％，Cr：1.6～2.5％，V：0.1～0.5％，余量为Fe及不可避免的杂质。