專利名稱：水冷鑄造熱鍛模用合金鑄鐵材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合金技術(shù)領(lǐng)域。
在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程中，熱鍛模是模鍛件生產(chǎn)的重要工具。熱鍛模在工作過程中，除了單位面積上承受很大的壓力外，還承受著很大的沖擊力，它不僅與熾熱的金屬產(chǎn)生激烈的摩擦接觸，而且還受油或者水的冷卻作用，需在反復(fù)受熱和受冷的惡劣條件下工作。因此，模具材料應(yīng)具有以下性能(1)在400～600℃的工作溫度下具有較高的強度、硬度、良好的沖擊韌性，以便能承受金屬塑性變形時較大的變形抗力和具有很好的耐磨性能;(2)由于熱鍛模尺寸一般都較大，模具材料需有高的淬透性才能保證熱鍛模整體具有均勻的機械性能;(3)良好的導(dǎo)熱性能和耐熱疲勞性能;(4)在較高的工作溫度下，應(yīng)有較好的回火穩(wěn)定性;(5)良好的機械加工工藝性能和熱處理工藝性能，為了滿足上述要求，熱鍛模一般采用含C≤0.5～0.8%的亞共析鋼，并加入有Cr、Ni、Si等元素，或者還加入有Mn、W等元素。目前常用的熱鍛模具鋼為5CrMnMo、5CrNiMo，由于鎳是一種較貴重的金屬，我國研制出了無鎳或少鎳的熱鍛模具鋼，例如 5CrMnSiMoV、3Cr2W8V等。采用現(xiàn)有技術(shù)和熱鍛模用模具鋼來生產(chǎn)熱鍛模，其加工工序繁多，從成材元鋼→下料→鍛坯→退火→鉗口劃線→鉆起重孔→刨削分模面、燕尾及檢驗角→鉗工劃線→型槽加工→銑削加工→淬火、回火熱處理使熱鍛模達到要求的硬度→精加工型槽→檢驗，才能制成熱鍛模，其中淬火工序極難掌握好，是生產(chǎn)中的致命弱點，因淬火處理不好，使有的熱鍛模僅鍛壓幾件或幾十件就產(chǎn)生斷裂，這種嚴重的問題目前仍未解決。綜上所述，現(xiàn)有熱鍛模通常采用機械精加工方法制成，因此要求熱鍛模材料必須有好的機械加工工藝性能，而熱鍛模必須具有高的硬度和強度及韌性，故肯定需進行淬火、回火等熱處理，這一對矛盾難于解決。由于制造工序多、多數(shù)只能單件生產(chǎn)，不僅費時，而且模具費用高昂。
本發(fā)明的目的是提供水冷鑄造熱鍛模用合金鑄鐵材料來替換現(xiàn)有的熱鍛模具鋼，以便降低成本，減少熱鍛模生產(chǎn)工序、快速和大批量生產(chǎn)熱鍛模，以滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需要。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。
本發(fā)明所述水冷鑄造熱鍛模用合金鑄鐵材料，其特點是由C2～2.8%、Si1～2.6%、Mn1.5～10%、Cu0.8～2%、V1～2%、Bi微量～0.005%、余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)所組成。
本發(fā)明更好的方案是該材料由C2～2.5%、Si1～1.8%、Mn1.5～3%、Cu0.8～1.5%、V1～2%、Bi微量～0.003%、稀土硅鎂球化劑微量～0.08%、余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)所組成。
本發(fā)明所述水冷鑄造熱鍛模用合金鑄鐵材料，其特點是由C2～2.8%、Si1～1.8%、Mn1～5%、Cu0.5～1%、Cr0.8～2%、W1～8%、V1～3%、Bi微量～0.005%、稀土硅鎂球化劑微量～0.08%、余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)所組成。
本發(fā)明可選用的方案是該材料由C2～2.5%、Si1～1.4%、Mn1～3%、Cu0.5～1%、Cr0.8～2%、W1～4%、V1～2%、Bi微量～0.005%、稀土硅鎂球化劑微量～0.05%、余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)所組成。
本發(fā)明的優(yōu)點是(1)用合金鑄鐵材料經(jīng)水冷鑄造出熱鍛模來替換熱鍛模具鋼，大大減少生產(chǎn)出熱鍛模的加工工序，可以快速和大批量澆注成型熱鍛模;(2)該材料用水冷鑄造方法澆注出的熱鍛模精度很高，基本實現(xiàn)不切削加工的要求，把機械加工工序減少到最低程度，取消了淬火這一熱鍛模生產(chǎn)中的致命關(guān)口，熱鍛模厚度為120～130mm時，整個斷口仍為銀白色的純白口，其硬度可達HRC45～50，能夠滿足熱鍛模硬度的要求;(3)把特殊鋼材換為普通鑄鐵，不僅材料來源極為廣泛，而且生產(chǎn)成本大大降低，這種合金鑄鐵熱鍛模與鋼熱鍛模的造價成本相比約為1∶10，(4)合金鑄鐵熱鍛模經(jīng)試鍛驗證，每套模具可鍛一千件以上，預(yù)計能達到二千～六千件，由于合金鑄鐵熱鍛?？煽焖俅罅可a(chǎn)，因此，能夠滿足大規(guī)模生產(chǎn)熱鍛件的需要，同時也適應(yīng)于小規(guī)模試生產(chǎn)的需要。
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明本發(fā)明所述水冷鑄造熱鍛模用合金鑄鐵材料的用途是鑄造熱鍛模。鑄鐵是應(yīng)用最廣泛的鑄造合金，但鑄造和冶金專業(yè)的技術(shù)人員均知道，不能用鑄鐵來鑄造熱鍛模，其理由是鑄鐵材料的性能根本不能滿足熱鍛模材料的要求，例如C、Si含量高使機械性能下降;鑄造成型后僅在壁厚為10mm以下才能澆出白口，否則為麻口或灰口，其硬度較差;普通鑄造方法不能保證模具精度，而白口鐵又難于機械加工，因此，人們基本未考慮用鑄鐵來制造熱鍛模。本發(fā)明是在《水冷金屬型鑄造方法及其設(shè)備》，CN91103716.0號專利申請的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，水冷金屬型鑄造方法最重要的特點是在鑄造工藝過程中，用設(shè)計在金屬模樣板中的冷卻系統(tǒng)對金屬模樣板和其中澆注的熱鍛模鑄件進行冷卻，由此，保證了熱鍛模的精度，并提高了鑄件的質(zhì)量，而本發(fā)明所述水冷鑄造熱鍛模用合金鑄鐵材料，則使用合金鑄鐵材料鑄造的熱鍛模的性能基本達到鋼熱鍛模的性能。
本發(fā)明所述水冷鑄造熱鍛模用合金鑄鐵材料的實施例一的成份是由C2～2.8%、Si1～2.6%、Mn1.5～10%、Cu0.8～2%、V1～2%、Bi微量～0.005%、余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)如S、P所組成，S、P的含量均應(yīng)控制在0.04%以下。
本發(fā)明第二實施例的合金鑄鐵材料的成份是由C2～2.5%、Si1～1.8%、Mn1.5～3%、Cu0.8～1.5%、V1～2%、Bi微量～0.003%，稀土硅鎂球化劑微量～0.08%、余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)如S、P等所組成。
本發(fā)明第三實施例的合金鑄鐵材料的成份是由C2.4～2.5%、Si1～1.6%、Mn2～2.6%、Cu1～1.2%、V1～1.5%、Bi微量～0.003%、稀土硅鎂球化劑微量～0.08%、余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)如S、P等所組成。
本發(fā)明的第四實施例的合金鑄鐵材料的成份是由C2～2.8%、Si1～1.8%、Mn1～5%、Cu0.5～1%、Cr0.8～2%、W1～8%、V1～3%、Bi微量～0.005%、稀土硅鎂球化劑微量～0.08%、余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)如S、P等所組成。
本發(fā)明的第五實施例的合金鑄鐵材料的成份是由C2～2.5%、Si1～1.4%、Mn1～3%、Cu0.5～1%、Cr0.8～2%、W1～4%、V1～2%、Bi微量～0.005%、稀土硅鎂球化劑微量～0.08%、余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)如S、P所組成。
本發(fā)明的依據(jù)是(1)一般鑄鐵C的含量在2%以上，C生成的石墨對基體的割裂作用和鑄造應(yīng)力集中的有害影響在鑄件承受壓應(yīng)力作用時較小，所以鑄鐵的抗壓強度較高，適應(yīng)于制造在壓應(yīng)力作用下工作的熱鍛模，另外，石墨的存在已經(jīng)造成大量的內(nèi)切口，因此，鑄鐵還具有缺口不敏感的特點，但是隨著C的增加，鑄鐵的石墨化程度增加而變得粗大，珠光體減少而鐵素體增加，硬度減小，故C應(yīng)在2.8%以下。(2)Si是促進C石墨化的元素，但Si的含量高會使機械性能下降，故控制在2.6%以下。(3)Mn是穩(wěn)定珠光體的元素，能提高強度和硬度，及耐磨性，可與S化合抵消一部分S的有害作用，但Mn含量過高會使脆性增加，故Mn的含量應(yīng)根據(jù)原始鐵水中S的含量等因素綜合考慮，控制在10%以下。(4)Cu能改善韌性、良好的耐蝕性和導(dǎo)熱性，與Mn、Si合用可增加流動性，有利澆鑄成型，并能細化石墨，增加耐磨性，但Cu的含量過高會產(chǎn)生熱裂傾向，以0.8%左右為宜。(5)V可提高熱鍛模塑性、韌性，并增強組織和有利排出氣體，增強耐熱性能，減少熱裂傾向，V的用量為1～2%。(6)Bi的加入目的是為了得到珠光體+萊氏體為基體的熱鍛模。(7)稀土硅鎂球化劑，能將片狀石墨變?yōu)榍驙睿硅T鐵件的承受負荷有效面積增加，減緩應(yīng)力集中的狀況，提高鑄鐵的強度和塑性，此外，C在球化過程中大約要減少0.1～0.2%，對降低C的含量，減少石墨數(shù)量有一定作用。(8)Cr是促成珠光體、滲碳體、細化石墨的元素，能提高抗熱強度和高溫抗氧化能力，耐蝕能力。(9)W或Mo的加入能提高合金鑄鐵熱鍛模的熱硬性。(10)S和P是有害元素，其含量均應(yīng)控制在最低限度，以免產(chǎn)生惡化鑄件性能的不良后果。S和P的含量均應(yīng)在0.04%以下為宜。
該合金鑄鐵材料的制備方法可采用現(xiàn)有技術(shù)來制備，其最簡便的方法是將添加的Mn、Cu等材料預(yù)熱到600～800℃，放入澆包底，然后將熔融的鑄鐵水澆注入包內(nèi)，采用沖入法來制備。有條件可采用電爐更佳。
權(quán)利要求
1.水冷鑄造熱鍛模用合金鑄鐵材料，其特征是由C2～2.8%、Si1～2.6%、Mn1.5～10%、Cu0.8～2%、V1～2%、Bi微量～0.005%、余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)所組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水冷鑄造熱鍛模用合金鑄鐵材料，其特征是由C2～2.5%、Si1～1.8%、Mn1.5～3%、Cu0.8～1.5%、V1～2%、Bi微量～0.003%、稀土硅鎂球化劑微量～0.08%、余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)所組成。
3.水冷鑄造熱鍛模用合金鑄鐵材料，其特征是由C2～2.8%、Si1～1.8%、Mn1～5%、Cu0.5～1%、Cr0.8～2%、W1～8%、V1～3%、Bi微量～0.005%、稀土硅鎂球化劑微量～0.08%、余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)所組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水冷鑄造熱鍛模用合金鑄鐵材料，其特征是由C2～2.5%、Si1～1.4%、Mn1～3%、Cu0.5～1%、Cr0.8～2%、W1～4%、V1～2%、Bi微量～0.005%、稀土硅鎂球化劑微量～0.05%、余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)所組成。
全文摘要
本發(fā)明提供了新穎的水冷鑄造熱鍛模用合金鑄鐵材料，它主要由C2～2.8％、Si1～2.6％、Mn1.5～10％、Cu0.8～2％、V1～2％、Bi微量～0.005％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)如S和P所組成，S和P的含量應(yīng)低于0.04％，另外，還可添加稀土硅鎂球化劑，W、Cr等元素以提高和改進該合金鑄鐵材料的性能。
文檔編號C22C37/10GK1090605SQ9310102
公開日1994年8月10日 申請日期1993年2月1日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月1日
發(fā)明者羅明科 申請人:羅明科