[发明专利]一种含铋易切削预硬型塑料模具钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含铋易切削预硬型塑料模具钢及其制备方法，模具钢按质量百分比其化学组成如下：C：0.32～0.40％、Si：0.15～0.30％、Mn：1.50～1.70％、Cr：1.70～2.00％、Ni：0.85～1.15％、Mo：0.25～0.40％、P≤0.015％、S≤0.005％、V：0.05～0.10％，Bi：0.05～0.15％，余量为Fe；其制备方法包括：按照设定的化学成分冶炼铸成铸锭，铸锭高温均质化处理后锻造成锻坯，锻后离线进行正火处理细化晶粒，最后经过调质热处理，获得硬度32～48HRC的均匀组织。本发明的含铋易切削预硬型塑料模具钢，通过合理的化学成分设计，添加铋元素，代替传统的易切削元素硫与铅，由于控制了硫含量，匹配合理的锻造和热处理工艺，避免了热脆现象以及硫元素引起的各向异性，同时解决了铅对人体有害且污染环境的问题。

技术领域

本发明属于合金钢技术领域，特别涉及一种含铋易切削预硬型塑料模具钢及其制备方法。

背景技术

塑料模具是塑料成型工业的重要工艺装备，塑料制品的广泛应用带动了塑料模具钢产业的高速发展。在工业发达国家的模具钢总产量中，塑料模具钢占比最大，行业对塑料模具钢的需求量也越来越大。近几年大型家电制造业和汽车制造业对高端塑料制品的强度需求不断提高，这导致塑料模具钢也朝着高硬度方向发展，以此来保证其具有更高的强度，更好的耐磨和抛光性能，但同时也给切削加工带来了困难。在塑料模具的生产环节中，相对于塑料模具钢的制备成本，模具切削加工所需的费用往往更高，切削加工费用占模具制造总成本的60％以上，在某些特殊产品制造中甚至可达到总成本的80％，与此同时，为满足经济发展带来产品更新换代速度的加快，模具生产时间急需压缩，机械加工性能已成为判定模具钢质量的一个重要指标，因此迫切需要切削性能良好的塑料模具钢来降低生产成本。

改善切削性能的方法是在钢中加入特征元素，如硫、铅、钙等，利用元素本身或者与其他元素结合形成夹杂物来改善切削性能，目前易切削塑料模具钢大多利用添加硫元素来改善切削性能，而硫在钢中偏析较为严重，为避免形成FeS，通常还需要加入一定量的锰，使硫与锰结合形成熔点较高的软性夹杂物MnS，从而破坏基体连续性，易于断屑，减轻对刀具的磨损。但硫元素的过多加入，也会在钢中形成偏析，同时在塑料模具钢热加工过程中，MnS会沿着变形方向变形，使钢产生各向异性，严重影响模具钢的使用性能。铅的添加同样可以起到改善切削性能的作用，与硫不同的是，铅在钢中的固溶度极低，以微小的单质形式分布在钢中，切削时会有融熔铅渗出，对刀具起到润滑作用。但是铅的比重较大，如果含量过高，凝固时容易引起严重的偏析并形成大颗粒夹杂物，这种缺陷在后续的热加工和热处理过程中很难消除，反而降低铅对切削的有利作用，造成含铅易切削钢的力学性能偏低，同时铅是一种对人体有害且环境污染的有毒金属元素，这些问题严重限制了铅在易切削钢中的应用。寻找硫与铅合理的替代元素，成为了易切削塑料模具钢的一个重要发展方向。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种含铋易切削预硬型塑料模具钢，以铋代替传统的硫与铅，解决了含硫夹杂物造成的力学性能各向异性问题和铅污染问题，同时控制Bi含量，解决了Bi含量过高时影响钢材力学性能的问题，制备的塑料模具钢力学性能和切削加工性能良好。

本发明采用的技术方案如下：

一种含铋易切削预硬型塑料模具钢，按质量百分比其化学组成如下：

C：0.32～0.40％、Si：0.15～0.30％、Mn：1.50～1.70％、Cr：1.70～2.00％、Ni：0.85～1.15％、Mo：0.25～0.40％、P≤0.015％、S≤0.005％、V：0.05～0.10％，Bi：0.05～0.15％，余量为Fe。

本发明所述的含铋易切削预硬型塑料模具钢的制备方法，包括步骤：