[发明专利]一种模具及其制作方法

说明书

本发明公开了一种模具及其制作方法，以高强韧性冷作模具钢为基体材料，并在表面沉积Cr基耐磨减摩涂层CrTiAlN，其中高强韧性冷作模具钢包括质量百分数为0.98％的C，1.23％的Si，0.38％的Mn，9.68％的Cr，2.05％的Mo，0.43％的V，0.53％的Ni，1.53％的W，余量为Fe，质量百分数为72％‑76％的Cr；8‑12％的Ti；4％的Al；6％‑8％的N；1％的Fe；以及3‑5％的石墨烯。本发明采用优化的冷作模具材料与表面涂层的有效组合，克服了冷作模具材料表面摩擦学性能低，而硬涂层韧性差等不足之处，实现了高级别模具实用化，显著地提高了模具的使用寿命，降低了模具的制造成本。

技术领域

本发明属于材料领域，尤其设计一种高韧性，高强度的模具及其制作方法。

背景技术

模具大多数采用典型的冷作模具钢(Cr12MoV)，虽有良好的耐磨性，但是其硬度和韧性较低，但难以满足在极其恶劣的工况条件下使用的性能，使用寿命不高。此外现有模具通常进行表面渗氮处理，这样能缓解模具的修模次数，但往往因氮化温度难以控制而降低模具整体硬度和强度，从而导致模具报废，最后，现有冷作模具的表面摩擦学性能低，因此冷轧时容易出现滑动，导致成品的次品率较高。石墨烯是目前已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa，固有的拉伸强度为130GPa。而利用氢等离子改性的还原石墨烯也具有非常好的强度，平均模量可大0.25TPa，且具有良好的导热、导电性能。但是目前还没有将石墨烯用在模具上，从而增加模具性能的记载。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种模具及其制作方法，本发明采用优化的冷作模具材料与表面涂层的有效组合，克服了冷作模具材料表面摩擦学性能低，而硬涂层韧性差等不足之处，实现了高级别模具实用化，显著地提高了模具的使用寿命，降低了模具的制造成本。

为实现上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种模具，以高强韧性冷作模具钢为基体材料，并在表面沉积Cr基耐磨减摩涂层CrTiAlN，其中高强韧性冷作模具钢包括质量百分数为0.98％的C，1.23％的Si，0.38％的Mn，9.68％的Cr，2.05％的Mo，0.43％的V，0.53％的Ni，1.53％的W，余量为Fe，质量百分数为72％-76％的Cr；8-12％的Ti；4％的Al；6％-8％的N；1％的Fe；以及3-5％的石墨烯。

进一步的改进，所述耐磨减摩涂层表面粗糙度不小于0.48μm，表面硬度不小于2038HV。

进一步的改进，所述基体材料铸造成形后，加热到1050℃真空油淬，然后520℃高温回火热进行整体热处理。

进一步的改进，所述模具为打火机模具。

一种模具的制作方法，包括如下步骤：将质量分数为0.98％的C，1.23％的Si，0.38％的Mn，9.68％的Cr，2.05％的Mo，0.43％的V，0.53％的Ni，1.53％的W，余量为Fe放入球磨机中研磨，然后在氮气保护下熔融，再冷却形成初步基体材料，初步基体材料压铸成形后，真空2℃/s升温1min，然后4℃/s升温1min的方式交替升温到1050℃油淬，再520℃高温回火热进行整体热处理，得到基体材料，再在基体材料表面沉积表面沉积Cr基耐磨减摩涂层CrTiAlN。

进一步的改进，所述Cr基耐磨减摩涂层CrTiAlN包括质量百分数为72％-76％的Cr；8-12％的Ti；4％的Al；6％-8％的N；1％的Fe；以及3-5％的石墨烯。

具体实施方式

实施例1