[发明专利]一种高强硬合金灰铁模具材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于合金灰铁材料技术领域，涉及一种高强硬合金灰铁模具材料及其制备方法，尤其涉及一种汽车大型覆盖件用的高强硬合金灰铁模具材料及其制备方法。

背景技术

制作汽车车身覆盖件的模具材料需要良好的性能，最重要的是强度指标和淬透性指标，因为汽车覆盖件模具在服役的过程中可能发生断裂、变形、磨损、粘合、啃伤、软化等失效形式，因此模具材料应具备高强度和高淬透性才能具有抗变形、抗磨损、抗断袭、耐疲劳和抗软化及抗粘合的能力。

制造大型汽车覆盖件模具所使用的模具材料通常是采用合金灰铁材料，当前，常使用的是合金灰铁GM241材料，其化学成分组成(wt％)如下：C：2.8～3.2％，Si：1.6～2.0％，Mn：0.7～0.9％，P<0.08％，S<0.03％，Cr：0.2～0.3％，Cu：0.5～0.7％，Mo：0.4～0.5％，余量为Fe。

由于GM241覆盖件模具材料没有微合金化元素的作用，并且C元素、Cu元素、Mo元素和Cr元素含量较低，合金元素之间的复合强化作用不明显，没有较强的促进石墨化减少白口倾向作用，其抗拉强度只有350MPa左右，GM241表面淬硬层深度只有2.2mm，表面硬度只有50HRC。因此，这种汽车覆盖件模具材料在服役的过程中容易产生断裂、变形、磨损、粘合、啃伤、软化等失效。

因此，多年来，广大冶金材料学科研人员在冶金材料领域里，特别是在石墨灰铁材料领域中一直在寻找一种高强硬石磨合金灰铁材料来替代目前的GM241材料，开发高端的大型汽车覆盖件模具材料，来满足日益增长的高质量的汽车覆盖件制造需要。

中国专利CN1693525A公开了一种合金灰铁材料，其化学成份重量百分比为：C：2.8～3.2％，Si：1.8～2.2％，Mn：0.6～0.9％，P＜0.08％，S＜0.03％，Cr：0.1～0.5％，Cu：0.2～1.0％，Mo：0.1～0.5％，Ni：0.3～0.5％，Fe余量。该合金灰铁材料的化学成份中含有较低的铜元素和钼元素，并且没有加入任何的微合金元素，因此这种合金灰铁材料缺乏促进石墨化减少白口倾向作用，只能作为一般的汽车覆盖件合金灰铁模具材料使用，其综合性能较差。

日本专利JP10071459A公开了一种相关覆盖件的材料，其化学成份重量百分比为：C：2.5～4.0％，Si：2.0～3.5％，Mn：0.1～0.8％，Cu：0.1～2.0％，Ni：0.1～2.0％，Mo：0.05～0.5％，Fe余量。该模具材料的化学成份中含有较高的硅含量和较低的钼含量，其强化机理主要是通过硅元素在基体中的强化作用和其它合金元素的相互强化作用，另一方面，该材料没有加入微合金化元素，因此，元素的复合强化作用不明显，促进石墨化减少白口倾向作用不强。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强硬合金灰铁模具材料及其制备方法，该合金灰铁模具材料的抗拉强度≥470MPa，表面硬度≥54.5HRC，淬硬层深度≥2.7mm，具有较高的强度和淬透性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种高强硬合金灰铁模具材料，其化学成分重量百分比为：C：3.5～3.8％，Si：1.7～1.8％，Mn：0.3～0.5％，P≤0.08％，S≤0.03％，Cr：0.60～0.65％，Cu：1.1～1.2％，Mo：0.7～0.9％，Ni：0.7～0.9％，V：0.20～0.22％，且上述元素需同时满足如下关系：C＝5Cr+2.5V，余量为Fe及不可避免的杂质。

进一步，所述高强硬合金灰铁模具材料的抗拉强度≥470MPa，表面硬度≥54.5HRC，淬硬层深度≥2.7mm。

以下是本发明主要元素的作用及其限定说明：

C：C是石墨相生成的基础，而石墨相对金属基体有割裂削弱作用。随着C含量的增加，石墨片变得粗大，数量增多，提高了材料的硬度，但是石墨片增加太多会使材料的抗拉强度降低。因此，本发明控制C含量为3.5～3.8％。

Si：Si是促进石墨化元素，可溶于铁素体，提高材料的抗拉强度和硬度，但将降低材料的塑性，因此，Si的含量不宜过高，本发明控制Si含量为1.7～1.8％。

Mn：Mn在灰铸铁中可以中和S形成MnS及(Fe、Mn)S化合物，这些化合物的熔点在1600℃以上，可以作为石墨化的非自发性晶核；而中和S元素后余下的Mn可以增加并细化珠光体。但Mn是碳化物形成元素，而且Mn含量过高会增加材料的脆性。因此综合考虑Mn的作用后，本发明控制Mn含量为0.3～0.5％。