[发明专利]一种铜合金压铸模具钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁制备技术领域，具体涉及一种铜合金压铸模具钢及其制备方法。

背景技术

热作模具钢是制造热锻模、热顶锻模、热挤压模和压铸模等热作模具的金属材料。由于热作模具服役条件非常恶劣，如承受各种应力，承受金属熔液对模具工作表面的溶蚀，在工作中反复被高温金属交替加热与冷却，由此产生的表层压应变与拉应变作用，很容易产生热疲劳等。因此热作模具材料应该具有高热强度、高温硬度、冲击韧性、淬透性、良好的热稳定性和抗冷热疲劳性能等。总之，热作模具钢应该具有优异的综合力学性能。

压铸模的服役条件非常苛刻，压铸模的型腔表面主要承受高温高压的金属液的压力、冲刷、侵蚀和高温的作用，每次压铸脱模后，还要对型腔表面进行冷却、润滑，使模具承受频繁的急热、急冷作用。由于被压铸的金属材料不同，其熔化的温度差别很大，使得压铸模的工作条件和使用寿命有很大的差别。相对于其他有色金属来说，铜合金压铸模的服役条件更加苛刻。液态铜合金的温度一般高达900～1100℃，铜合金的浇铸温度为940～980℃，以10-20m/s的速度压入模腔，压射比压大约为40～100MPa，持压时间大约为2～10s，铸件在铸型中的停留时间大约为8～20s，模具型腔温度可高达750～850℃，因此铜合金压铸模的使用寿命非常低。如果使用不当、模具材料质量劣、机加工或热处理工艺不良，模具的使用寿命会更低。

目前，铜合金压铸模具钢一般选用3Cr2W8V、4Cr3Mo3SiV等高热强热作模具钢材料。为改善铜合金压铸模具钢的使用性能，国内也有针对性地开发了新型热作模具钢Y4，但这类钢在使用过程中仍然存在使用寿命提高不多，成本较高等缺点。

针对铜合金压铸模具钢存在的问题，本发明提出将高抗冷热疲劳性能、高热强性、高抗氧化性能的高温热作模具钢和硼化物的特点融合起来，以高硬度、高耐热冲击性能的硼化物替代模具钢中的碳化物，即在具有很高强韧性的模具钢基体上分布有形态可控的硼化物，发挥两者各自的优势，开发出一种新型的适合于铜合金压铸模具要求的新型热作模具钢。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本较低，以具有高热稳定性和高硬度特性的硼化物为耐磨硬质相和高抗冷热疲劳性能、高热强性、高抗氧化性能的奥氏体为基体的铜合金压铸模具钢及其制备方法。

所述铜合金压铸模具钢的化学组成及重量百分比如下：

C     0.3wt％～0.6wt％，

Si    0.1wt％～1.2wt％，

Mn    6.0wt％～14.0wt％，

Cr    8.0wt％～16.0wt％，

Ni    3.0wt％～8.0wt％，

Cu    0.5wt％～1.0wt％，

B     0.1wt％～0.8wt％，

P     <0.015wt％，

S     <0.015wt％，

余量为Fe。

上述铜合金压铸模具钢的制造方法为，将原材料进行熔炼，并在氩气气氛保护下浇铸铸锭，热处理及锻造处理之后得到铜合金压铸模具钢。

上述铜合金压铸模具钢的制备方法，包括以下具体步骤：

1)将熔炼用原材料，经过表面除锈和除油污处理后，称量并进行钢液熔炼；炉料熔清后，立即加入碳含量为0.05％wt％～0.15wt％的石墨颗粒进行精炼；

2)精炼结束后加入市售粒径为3～5mm的石墨颗粒增碳剂调节钢液的碳含量；

3)加入硼铁，然后加大功率对钢液进行搅拌1min～2min；

4)出炉前3min～5min在钢液中加入锰铁；

5)出炉前充入氩气，之后将钢液浇铸在钢锭模中获得铸锭，或者采用树脂砂铸型浇铸Y型试块；

6)待铸锭或Y型试块冷却后取出，进行热处理和锻造处理，经保温油淬后得到铜合金压铸模具钢。

优选地，步骤1)中，熔炼用原材料为低碳钢、硅铁、铬铁、纯镍、纯铜。

优选地，步骤1)中，精炼期的熔炼温度控制在1600℃～1700℃，真空度控制在0.5Pa～10Pa，保温时间为30min～60min。

优选地，步骤5)中，浇铸温度控制在1580℃～1600℃，氩气压力为5000Pa～10000Pa。