[发明专利]含铝中合金铸造冷作模具钢

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种铝合金化中合金铸造冷作模具钢。

背景技术

拉延模具是使金属薄板在凸模和凹模之间被拉伸变形，形成与凸模形状近似的杯状工件。拉延模具主要要求抗磨损与防粘着性能。用于生产汽车大型覆盖件板材的拉延模具在服役的过程中承受着较大的冲击力，在高摩擦，高的循环载荷等复杂的工况下工作。因此要求模具钢材料具有高硬度，高的抗拉强度，高的耐磨性，高韧性，良好的尺寸稳定性，较低的变形性等机械性能的良好配合。

目前，国内外用于生产车辆大型覆盖件的模具的材料主要分为三类：(1)空淬冷作模具钢，例如，Cr5Mo1V，Cr6WV等。这类钢的主要特点是空冷淬透性较好，热处理变形较小，适用于既要求耐磨性又具备一定韧性的模具。然而，这类钢基本属于过共析钢或莱氏体钢，钢液凝固时产生合金元素的偏析区，构成枝晶间包有碳化物的粗晶结构，因此必须通过锻造工艺改善其性能，才能得以应用，生产成本较高。(2)高碳高铬冷作模具钢，例如，Cr12MoV，Cr12，Cr12Mo1V1等。这类钢的主要特点是具有高的耐磨性，并且具有变形小的特性。这些钢都属于莱氏体钢，在铸态时存在鱼骨状共晶碳化物，虽然在锻轧工艺中鱼骨状共晶碳化物被破碎，但在钢中还存在不均匀分布，导致模具的各项异性。另外，高的合金元素含量是模具的生产成本大大增加。(3)高韧性高耐磨冷作模具钢，例如，7Cr7Mo2V2Si，这类钢的合金总量在12％左右，属于高合金钢，兼具高的耐磨性和韧性。然而，7Cr7Mo2V2Si钢的脱碳敏感性较大，对热处理工艺较高。

上述三类模具钢均属于高碳合金钢，这类钢存在的共性问题是其铸态组织均为枝晶间包有碳化物的粗晶结构，这种组织的极大的削弱了钢的铸态机械性能，因此必须通过锻轧工艺来改善钢中碳化物的分布，从而改善钢的使用性能。但是，用于生产车辆大型覆盖件板材的模具形状复杂或是尺寸较大。通过锻造工艺获得形状复杂，尺寸较大的模具非常困难，而且生产成本较高。然而，在高碳铸钢中由于合金元素的偏聚，大块的共晶碳化物和一次碳化物沿晶界分布，极大的削弱了铸造模具钢钢的机械性能。这极大的限制了铸造冷作模具钢在汽车模具市场中的应用。因此，模具市场迫切需要一种兼具有较高耐磨性和强韧性，同时生产成本较低，制作周期较短的铸造模具材料。

发明内容

本发明的目的是为克服现有铸造冷作模具钢存在的问题，提供一种具有较高耐磨性和强韧性，同时生产成本低，易加工的含铝中合金铸造冷作模具钢。

本发明含铝中合金铸造冷作模具钢，由以下组元质量百分比组成：C 0.50～0.65，Si 0.90～1.20，Mn 0.60～0.90，Al 0.70～1.20，Cr 4.50～5.50,Mo 0.74～0.84，V 0.70～0.80，S<0.020，P<0.025，余量为Fe。

本发明的主要化学成分选择依据是：

(1)碳：C在模具钢中的作用主要：一是在二次硬化温度回火析出纳米级合金碳化物，通过析出强化提高钢的强度与硬度。二是固溶强化，获得高的其力学性能。但是过多的碳加入，导致大量的块状共晶碳化物或一次碳化物在晶界形成或析出，从而极大的削弱模具钢的机械性能。

(2)硅：在回火过程中，硅推迟ε-θ的转变，并能充分减小渗碳体在回火过程中的长大速率，硅原子从θ相析出而在θ相周围形成硅原子的富集区，抑制θ相的长大粗化；另外，硅能有效提高模具钢的抗回火软化能力。

(3)锰：Mn改变钢在凝固时所形成的氧化物的性质和形状。同时它与S有较大的亲和力，可以避免在晶界上形成低熔点的硫化物FeS，而以具有一定塑性的MnS存在。Mn溶入奥氏体中能强烈增加钢的淬透性，同时强烈降低钢的Ms点。

(4)铬：Cr元素对模具钢的淬透性，耐磨损性，硬度和强度都有有利的作用。在模具钢中，铬一部分溶于钢中起固溶强化的作用，另一部分与碳结合，形成合金碳化物，从而影响钢的性能。

(5)钼：Mo是作为是模具钢具有二次硬化的主要合金元素加入的，Mo可与C形成Mo₂C和(MoV)C碳化物。具有密排六方的Mo₂C在马氏体板条内，亚晶界上以平行的细针状析出，从而有利于提高钢的硬度和强度。

(6)钒：V能够有效阻碍奥氏体晶粒的长大，它与C的亲和力强，形成具有FCC结构的VC碳化物，其在钢内有利于耐磨性提高。同时，增加钢的回火稳定性和二次硬化效应。