[发明专利]一种长寿命合金压铸模模块及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种热作模具钢模块及其冶金制造方法，尤其是涉及一种模具制造行业用长寿命铝合金压铸模模块及其制造方法。

背景技术

热作模具钢模块是特殊的模具钢模块，按用途来分，一般可以分为压铸模模块和锻模模块，都是制造热作模具的原材料。铝合金压铸模模块是压铸模模块中的最常用的一种，用于制造铝合金制品的压铸成型模具。我国目前使用的铝合金压铸模模块是采用传统的冶金工艺仿制前苏联引进的高钨低碳型模块，这些模块的化学成分配比不合理，采用C0.30-0.40wt％，Si 0.10-0.40wt％、Mn 0.10-0.40wt％、Cr 2.20-2.70wt％、V 0.25-0.75wt％、W 7.50-9.00wt％、S≤0.03wt％、P≤0.03wt％；高钨成分引起液相莱氏体组织，降低了钢的使用性能，而且上述成分范围较宽，导致产品性能不稳定。

上述现有的铝合金压铸模模块的制造工艺采用电炉冶炼或电渣冶炼，常规的锻造工艺和成品模块的去应力退火工艺，具体步骤依次为炼钢、电渣冶炼、加热、锻造、热处理，最后形成成品，其中，加热步骤一般控制在1240-1270℃温度范围下进行7-8小时的保温；锻造时的开锻温度控制在1220-1240℃，成材尺寸的截面压缩比≥4％；退火温度一般控制在860℃±10，保温时间为6-8小时；炉冷的冷速≤40℃/h。但这种制造工艺存在如下问题：1)加热步骤不合理，主要是时间控制过短，从而导致组织和成分均匀化不够；2)这种退火工艺是典型的去应力退火工艺，显微组织没有任何细化作用，主要是能够降低产品硬度，对显微组织球化效果不好，结果是晶粒粗大。上述两项不足导致模块寿命短，使用寿命约为2万-4万模次。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种长寿命合金压铸模模块及其制造方法，使得合金压铸模模块的使用寿命达到10万-12万模次，平均寿命较现有技术提高3.5倍。

为实现上述目的，本发明首先提供一种长寿命合金压铸模模块，其成分重量百分比为：

C 0.37-0.45％；Si 0.90-1.40％；Mn 0.30-0.60％；Cr 5.10-5.70％；V1.00-1.40％；Mo 1.20-1.50％；S 0.0005-0.003％；P 0.001-0.015％；其余为Fe和不可避免杂质。

以下是本发明主要元素的作用及其限定说明：

C：0.37-0.45％

该碳元素主要是使得碳化物析出类型的稳定性，碳化物析出类型的稳定可以使得模块的基体组织的性能得到稳定，使用寿命稳定。碳成分控制在此范围是可以使得组织中碳和钒元素形成稳定的MC和MC2型碳化物，这种类型的碳化物在模具的服役温度下工作具有良好的抗高温回火稳定性，使得模具不会由于高温回火而降低基体的强度。

Si：0.90-1.40％

提高硅元素的含量可以提高模块基体的强度性能指标，使得模块在使用时的寿命提高。但是高出此范围可能会引起增加基体的非金属夹杂物的危险性，从而降低模具的使用性能，低于此范围可能会造成降低基体强度性能，使得模具使用寿命下降。

Mn：0.30-0.60％

压缩成分范围的目的是控制模块性能的波动。由于锰是弱碳化物形成元素，可引起奥氏体区域的变化，锰含量控制低于0.30％不利于基体奥氏体的稳定性，会降低模具的淬透性，影响模具的内外性能的均匀性，从而降低模具的使用寿命。锰含量控制高于0.60％会增加基体组织的脆性，使得模具的冲击性能降低，降低模具使用寿命。

Cr：5.10-5.70％

主要是为了使得模块基体析出弥散的碳化物，提高模块的红硬性，使得模块在服役时更具有抗回火稳定性，进一步提高模块的使用寿命。由于铬元素是强碳化物形成元素，要与碳元素含量形成一定的配比，这种一定的配比是指控制铬和碳的含量可以形成稳定的细小、弥散的M7C3型碳化物析出，这样才能形成稳定的碳铬化合物，对提高基体性能起着重要的作用。

V：1.00-1.40％

使得模块的组织获得MC型碳化物，增加基体的两次硬化性能。钒元素主要是和碳元素一起在模具的回火过程中形成稳定的钒碳性碳化物，提高基体的抗回火稳定性，如果控制超出此范围可能引起碳化物的不稳定性从而降低模具在使用时的高温性能，降低模具的使用寿命。

Mo：1.20-1.50％

使得模块显微组织获得MC3、MC2型碳化物，稳定两次硬化性能。超出此范围会造成基体显微组织不能获得这种M2C、M6C型碳化物，从而降低两次硬化性能。