一种铝压铸模用热作模具钢

摘要

本发明公开了一种热作模具钢，该热作模具钢以重量百分比计由下列组份组成：C 0.30～0.50％，Si 0.80～1.20％，Mn 1.50～1.70％，Cr 4.50～5.50％，W 1.60～2.00％，Mo 0.10～0.30％，V 1.60～1.80％，Ni 1.20～1.60％，Co 0.2～0.4％，Nb 0.5～0.7％，S≤0.005％，P≤0.03％，其余量为Fe。

权利要求

1.一种铝压铸模用热作模具钢，其特征在于，该热作模具钢以重量百分比计由下列组份组成：C0.40％，Si1.0％，Mn1.60％，Cr5.0％，W1.80％，Mo0.20％，V1.70％，Ni1.40％，Co0.30％，Nb0.60％，S≤0.005％，P≤0.03％，其余量为Fe。

说明书

一种铝压铸模用热作模具钢

技术领域

[0001] 本发明涉及钢铁冶金工艺，特别涉及一种热作模具钢。

背景技术

[0002] 作为铝压铸模具，当前一直存在因热疲劳而在空腔表面产生裂纹(热裂)的问题。该热裂是指以下现象：在开模后向空腔表面浇注冷却水时，由于空腔表面的急速冷却和加热状态的内部之间的温度差，在空腔表面会产生拉伸应力，由于由该反复过程引起的热疲劳而在空腔表面产生裂纹。对于该热裂来说，提高模具的硬度是有利的。

[0003] 另一方面，近年来，人们要求缩短铝压铸产品的制造周期(高循环化)。为了实现这一要求，以缩短模具的合模时间为目的，逐渐强化对模具内的铝铸造产品的水冷。该水冷的强化，具体来说，通过使水冷孔接近空腔表面来进行。该情况下产生以下问题：铝制品铸造时在水冷孔表面产生的热应力增大，会产生从水冷孔开始产生裂纹的现象。

[0004] 这种从水冷孔开始的裂纹，并不仅仅是由于铸造时反复加载的热应力引起的，而是由热应力引起的裂纹、和由在水冷孔表面产生的锈蚀引起的应力腐蚀裂纹的复合的延迟破坏现象。

[0005] 该从水冷孔开始的裂纹，模具的硬度越高越容易发生。因此，对于这种从水冷孔开始的裂纹来说，降低模具的硬度是有利的。

[0006] 也就是说，如果提高模具硬度，则对于热裂来说是有利，但对于从水冷孔开始的裂纹来说是不利的，相反，如果降低模具硬度，则对于从水冷孔开始的裂纹来说是有利的，另一方面，对于热裂来说是不利的，抗热裂性会恶化。

[0007] 从抑制上述从水冷孔开始的裂纹的角度出发，优选使模具硬度为HRC45～40。

[0008] 作为现有的铝压铸模具，主要使用以JIS-SKD61为代表的5Cr类热作模具钢。近些年来，为了抑制在空腔表面产生的热裂，逐渐使其使用硬度提高，随着铝压铸产品的制造的高循环化，从模具水冷孔开始的裂纹带来的危险性逐渐增大。在上述JIS-SKD61的情况下，含有大约0.4％的C，在淬火状态下的硬度，例如为HRC53左右。

[0009] 因此，为了出于抑制从水冷孔开始的裂纹的目的而使其硬度降低到小于或等于HRC45，需要进行在大于或等于600℃的高温下的退火。但是，如果进行这种高温下的退火，则会显著降低钢的抗腐蚀性。

[0010] 这种材料含有大约5％的Cr，其本来是抗腐蚀性良好的材料。但是，如果在大于或等于600℃的高温下进行退火，则所含有的Cr几乎都因为该高温回火而作为Cr碳化物析出，钢中含有的Cr对抗腐蚀性的提高没有作用。

[0011] 无论如何，使用目前主要作为铝压铸模具使用的以JIS-SKD61为代表的热作模具钢，不能很好地解决从水冷孔开始的裂纹问题。为了使从水冷孔开始的裂纹问题和空腔表面的热裂问题均得到很好地解决，考虑以下方法是有效的：在防止在水冷孔内产生的锈蚀的同时降低存在水冷孔的模具内部的硬度，另一方面提高产生热裂的模具的空腔表面的硬度。但是，满足这种特性的材料还没人提出。

发明内容

[0012] 针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种热作模具钢，该热作模具钢具有良好的抗热裂性，且能够很好地抑制从水冷孔开始的裂纹。

[0013] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

[0014] 一种热作模具钢，该热作模具钢以百分比计(重量)由下列组份组成：C 0.30～0.50％，Si 0.80～1.20％，Mn 1.50～1.70％，Cr 4.50～5.50％，W 1.60～2.00％，Mo
0.10～0.30％，V 1.60～1.80％，Ni 1.20～1.60％，Co0.2～0.4％，Nb 0.5～0.7％，S≤0.005％，P≤0.03％，其余量为Fe。

[0015] 优选，该热作模具钢以百分比计(重量)由下列组份组成：C 0.35～0.45％，Si0.90～1.10％，Mn 1.55～1.65％，Cr 4.80～5.20％，W 1.70～1.90％，Mo 0.15～
0.25％，V 1.65～1.75％，Ni 1.30～1.50％，Co 0.25～0.35％，Nb 0.55～0.65％，S≤0.005％，P≤0.03％，其余量为Fe。

[0016] 最优选，该热作模具钢以百分比计(重量)由下列组份组成：C 0.40％，Si 1.0％，Mn 1.60％，Cr 5.0％，W 1.80％，Mo 0.20％，V 1.70％，Ni 1.40％，Co 0.30％，Nb 0.60％，S≤0.005％，P≤0.03％，其余量为Fe。

[0017] 本发明一种热作模具钢主要组份范围确定的理由如下：

[0018] C：是控制马氏体强度的关键因素，也是影响韧性的主要因素。

[0019] Si：硅的加入可提高钢的淬透性和基体强度。硅溶于α-Fe中，使其强化，并提高α-Fe转变r-Fe的转变温度及高温抗氧化能力。硅是不溶于碳化物，但能提高回火时析出特殊碳化物的弥散度；近期研究表明：加入适量的硅可以改善钢的韧性，经试验表明，硅量一般以0.8-1.2％为宜。

[0020] Mn：除了能提高淬透性之外，还可以消除硫的有害影响。它的含量，一般控制在1.5-1.7％。

[0021] 铬Cr：铬形成碳化物，可提高钢的淬透性。淬火加热时铬溶于奥氏体，淬火后固溶于马氏体中，可以提高钢的抗回火能力。经试验表明，本发明中Cr量一般以4.50～5.50％为宜。

[0022] W和Mo：钨的加入在多元复合合金化的热作模具钢中，可以明显地降低钢的过热敏感倾向，并提高钢的热稳定性。但钨的含量超过2.0％，钢的热强性不会再有明显提高，反而会使韧性下降。钼的加入，可以提高钢的淬透性与热强性，又可以防止第二类回火脆性。但钼加入过多，会造成钼碳化物偏析，在回火过程中沿晶界呈针状或网状析出，影响钢的韧性。

[0023] V：钒可以降低钢的过热敏感倾向。

[0024] Ni：镍为非碳化合物形成元素，可提高钢的淬透性。对钢的强度与韧性，均有良好作用。

[0025] Co和Nb：铌可形成稳定性很高的NbC，在1050℃刚刚开始溶入奥氏体中，因此抑制晶粒长大，可提高热强性和高韧性。钴的加入可显著提高耐氧化性和红硬性(耐磨性能好)。

[0026] S与P：由原材料带入的有害元素，属于尽量控制在少含量范围的元素。