專利名稱：一種耐熱耐磨的模具材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料，尤其是一種耐熱耐磨的模具材料。
背景技術(shù)：
為節(jié)省能源世界各國均以提高熱與電能或熱與動能轉(zhuǎn)換的機器的工作溫度來改善其效益，這樣一來與之配套的一些零件的材料卻因不耐熱和耐磨而失效。此外，隨著熱壓或熱擠壓成型的塑料、有色金屬或鋼鐵零件的新工藝采納，其成型溫度和壓力上升，原來用于制造模具的材料已經(jīng)不能滿足新的性能要求。對于耐熱耐磨材料，多采用鋼制件，但對于導(dǎo)熱要求非常高的模具來說，鋼制模具沒有石墨模具好。目前，我國這些零部件多依賴于進(jìn)口，例如用于汽車增壓器軸襯套的材 料PL33(近似石墨鑄鐵材料)是德國Mahle公司的科研成果，目前用該材料生產(chǎn)增壓器軸襯套的公司在全世界具有市場壟斷地位，耐熱鋼的成本高，且成形性能差，耐熱鑄鐵成形優(yōu)異，且導(dǎo)熱性能優(yōu)于鋼種，但機械性能難符合要求，因此現(xiàn)有技術(shù)的耐熱耐磨材料成本高，效率低，適用性很窄。比如以鋁及其合金的壓鑄或拉鑄模具的工作特點，來開發(fā)的一種材料，應(yīng)考慮其工作特點。壓鑄或拉鑄鋁及其合金時，先將液態(tài)的、待加工的鋁及其合金熔煉，此時的合金液已被加熱到純鋁的熔點660. 250C以上(約710°C )，待其冷至半固態(tài)，澆注入模具，進(jìn)行擠壓或拉拔形成為市場所需的線材、板材和型材，成型的模具直接與鋁液接觸，受熱極不均勻，溫度梯度可以達(dá)到200°C/mm。因此，模具首先要求導(dǎo)熱性能良好。模具侵入鋁液中，耐熱鑄鐵或耐熱鋼所制造的模具，會與鋁液發(fā)生反應(yīng)，石墨模具則有鋁液滲透。這樣使模具內(nèi)腔化學(xué)成分和尺寸變化，材料成型時候所帶來振動、沖擊力使模具很快失效。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種成本低、成型工藝節(jié)省、加工精度高、使用壽命長的耐熱耐磨的模具材料。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用一種耐熱耐磨的模具材料，其成分比例為C : I. 2-5. 0% ； Si : I. 0-5. 0% ； Mn 0. 5-1. 2% ；S 0. 01-0. 02% ； Cu 0. 3-1. 0% ； Cr 0. 5-5. 0% ；Al 0. 5-3. 0% ； Fe 79. 78-95. 99%本發(fā)明的最佳比例為C 3% ；Si 2. 5% ； Mn 0. 8% ；S :0.01%; Cu :0.5%; Cr 3% ；Al 2% ；Fe 88. 19%本發(fā)明的進(jìn)一步設(shè)置為高溫熔煉后使各成分比例達(dá)到3%C，0.01%S，2. 5%Si，
O.8%Mn，O. 5%Cu，3%Cr, 2%A1，接著進(jìn)行變質(zhì)處理，使碳一部分以細(xì)小和末梢園鈍石墨形式存在材料中，一部分則與Cr形成孤立的硬質(zhì)碳化物。
上述材料導(dǎo)熱性能優(yōu)于鋼，而機械性能接近鋼，其化學(xué)性能穩(wěn)定不玷污鋁液和耐磨性能好，材料中具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的石墨使模具材料導(dǎo)熱性能優(yōu)良，石墨細(xì)小及其末端園鈍能保證材料機械性能略微降低，材料中所加入的適量合金元素，那么在制作磨具時使模具熱處理后內(nèi)腔形成一層與鋁及其合金液不侵潤的保護膜，由于本發(fā)明的材料中含有大量這些元素，所以在使用過程中內(nèi)腔膜破損處會不斷產(chǎn)生新保護膜，所以能耐住鋁液侵蝕，本發(fā)明的材料中會變質(zhì)處理時會產(chǎn)生顆粒Cr7C3金屬化合物從而使模具有優(yōu)良耐磨性能，而石墨是優(yōu)良固體潤滑劑，能減少鋁及其合金的表面磨損。
具體實施例方式本發(fā)明一種耐熱耐磨的模具材料，是將原料投入熔爐，通過高溫熔煉將S的含量降至O. 02%以下，接著在熔煉液里加入按一定順序加入合金料，分別增加合金液中Cu、Cr、Si、Mn、Al 使各成分比例達(dá)至Ij 3%C, O. 01 %S, 2. 5%Si，O. 8%Mn, 0. 5%Cu, 3%Cr, 2%A1，進(jìn)行變質(zhì)處理后澆注成型，形成模具的坯料。C為碳,在本發(fā)明的材料中，最終形成石墨和碳化物，S為硫，Si為娃，Mn為猛，Cu為銅，Cr為鉻,Al為招。本發(fā)明中加入高硅和高碳，使材料凝固時候處于Fe-FeC相圖中共晶點，所以成型工藝易掌控，模具的加工成本低，而在用材料澆注成型前進(jìn)行變質(zhì)處理，使鑄鐵中類似于裂紋的石墨細(xì)小，末端圓潤不引起應(yīng)力集中，從而減少其對機械性能的影響，而具有接近鋼的機械性能。材料中銅有耐腐蝕作用，其中硅可以強化鐵素體，提高屈強比，改善材料的耐熱性和耐腐蝕性，能細(xì)化組織。若Cu和Si含量高則降低材料的韌性和塑性，增加回火脆性傾向；而錳可以降低鋼的臨界淬火速度，在冷卻時增加奧氏體的穩(wěn)定性，抑制奧氏體的分解，使高溫下形成的奧氏體得以保持到常溫；鉻能提高材料強度，提高鐵素體硬度，含量大于1%時降低鐵素體沖擊韌性，降低鋼的共析含碳量，改變鋼的等溫轉(zhuǎn)變S曲線(右移、雙曲線)增加淬透性,促進(jìn)馬氏體形成,含量高時增加殘留奧氏體,增加抗磨抗蝕能力。因此在本是實施例中采用上述比例配合，為最佳的比例。本發(fā)明主要針對鋁及其合金的壓鑄或拉鑄模具的工作特點，所開發(fā)的一種材料。壓鑄或拉鑄鋁及其合金時，主要是將待加工的鋁及其合金液(約710V )冷至半固態(tài)，澆注入模具，進(jìn)行擠壓或拉拔形成為市場所需的線材、板材和型材。加工時成型的模具直接與鋁液接觸，受熱極不均勻，溫度梯度可以達(dá)到200°C /_。因此，模具首先要求導(dǎo)熱性能良好。模具侵入鋁液中，耐熱鑄鐵或耐熱鋼所制造的模具，會與鋁液發(fā)生反應(yīng)，石墨模具則有鋁液滲透。這樣使模具內(nèi)腔化學(xué)成分和尺寸變化，材料成型時候所帶來振動、沖擊力使模具很快失效。通過改變材料中的各成分的比例，使本發(fā)明中的材料耐磨性和耐高溫的性能突出，有一定自我修復(fù)能力，所以使用壽命長。
權(quán)利要求
1.一種耐熱耐磨的模具材料，其成分比例為C 1. 2-5. 0% ； Si 1. 0-5. 0% ；Mn 0. 5-1. 2% ； S :0. 01-0. 02% ；Cu 0. 3-1. 0% ； Cr 0. 5-5. 0% ；Al 0. 5-3. 0% ； Fe 79. 78-95. 99%。
2.按照權(quán)利要求I所述的耐熱耐磨的模具材料，其成分比例為 C 3% ；Si 2. 5% ；Mn :0. 8% ； S :0. 01% ；Cu 0. 5% ； Cr 3% ； Al 2% ；Fe 88.19%。
3.按照權(quán)利要求2所述的耐熱耐磨的模具材料，其特征在于高溫熔煉后使各成分比例達(dá)到3%C，O. 01%S, 2. 5%Si，O. 8%Mn, 0. 5%Cu, 3%Cr, 2%A1，接著進(jìn)行變質(zhì)處理，使碳一部分以細(xì)小和末梢園鈍石墨形式存在材料中，一部分則與Cr形成孤立的硬質(zhì)碳化物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種材料，尤其是一種耐熱耐磨的模具材料。其組成的比例為1.2-3.5.0%C；1.0-3.5%Si；0.5-1.2%Mn；≦0.02%S；0.3-1.0%Cu；0.5-5.0%Cr；0.5-3.0%Al；其余為Fe。上述材料導(dǎo)熱性能優(yōu)于鋼，而機械性能接近鋼，其化學(xué)性能穩(wěn)定不玷污鋁液和耐磨性能好，材料中石墨使模具材料導(dǎo)熱性能優(yōu)良，石墨細(xì)小及其末端園鈍能保證材料機械性能略微降低，材料中所加入的適量合金元素，那么在制作磨具時使模具熱處理后內(nèi)腔形成一層與鋁及其合金液不侵潤的保護膜，在使用過程中內(nèi)腔膜破損處會不斷產(chǎn)生新保護膜，所以能耐住鋁液侵蝕。本發(fā)明的材料中Cr元素與碳形成金屬化合物從而使模具有優(yōu)良耐磨性能，材料中石墨是優(yōu)良固體潤滑劑從而能減少磨損，能減少鋁及其合金的表面磨損。
文檔編號C22C38/34GK102912241SQ20121040891
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月23日
發(fā)明者楊唯加 申請人:嘉興市杰成機械有限公司