[发明专利]用于制造塑料模具的可焊补钢

说明书

本发明涉及尤其适用于制造塑料或橡胶模具的具有良好焊补特性的低合金钢。

塑料或橡胶模具通过机加工厚度超过1500mm的金属块而被制成。机加工的目的具体地讲是形成具有有待通过模塑得到的制品形状的腔体。在大多数情况下，腔体的表面经过抛光或化学粗糙化处理以便使通过模塑得到的制品具有所需的表观特征。由于模塑操作是通过加压注入热塑料完成的，所以模具必须承受塑料的压力，不出现扭曲现象，必须能够移除塑料的热量同时又能耐受塑料与腔体表面的磨擦。用于制造这些模具的钢必须具备满足这些需求的特性。此外，这些钢的特性在模具被使用过程必须保持稳定，也就是说，不会由于模塑操作形成的热周期受到影响。

除了上述特性以外，还要求这种模具钢具有某种可焊接性以便能够在模具磨损过度的情况下进行修补或改进其腔体形状。一般情况下，在制造用于模塑新制品的模具时，生产出的第一模具用于制造第一制品，该制品经过设计者的检查，设计者经常要求对制品的形状、因此也就是对模具腔体的形状进行或多或少的改变。为了避免再次制造一个完整的模具(这种作法成本很高)，可以通过在模具腔体内进行焊接来完成再填充，随后进行新的机加工，通常接着进行抛光和视需要而进行的粗糙化处理。因此，通过焊接被再填充的区域以及受到焊接热影响的区域(ZAH)应当具备与原始金属非常接近的特性。

为了满足所有这些条件，有必要能够得到一种用于制造塑料注塑模具的钢，具体地讲，该钢同时具备很高的硬度、很好的机加工性，很好的可抛光性或化学可糙化性，良好的导热性，即使是厚度达最大值的情况下具有所有这些性质的高度均一性以及良好的可焊补性。这样一种理想的钢材属于未知内容。

为了生产这类模具，通常使用经过充分淬火的低合金钢块，该钢于淬火与退火之后获得具有充分的硬度、高屈服点和良好的韧性的马氏体或贝氏体结构。

得到最广泛应用的钢为符合AISI标准的钢P20与符合德国Werkstoff标准的W1.2311或W1.2738。

钢P20含有以重量计0.28-0.4％C、0.2-0.8％Si、0.6-1％Mn、1.4-2％Cr和0.3-0.55％Mo，其余为铁和与生产过程相关的杂质。

钢W1.2311与W1.2738含有以重量计0.35-0.45％C、0.2-0.4％Si、1.3-1.6％Mn、1.8-2.10％Cr和0.15-0.25％Mo；钢W1.2738还含有0.9-1.2％镍，其余为铁和与生产过程相关的杂质。

这些钢具有良好的耐磨性和机械性能，但是其缺点是可焊接性不是非常好，这样使焊补难以进行。

为了克服这一不足之处，人们、特别是在欧洲专利申请EP0431557中提出一种用于制造塑料注塑模具的钢，其化学组成包括以重量计0.1-0.3％C、0.25％以下Si、0.5-3.5％Mn、2％以下Ni、1-3％Cr、0.03-2％Mo、0.01-1％V和0.002％以下被视为有害杂质的B，其余主要为铁，此外，该化学组成还满足下列关系：BH=326+847.3×C+18.3×Si-8.6×Mn-12.5×Cr≤460

根据该关系式，碳的最大允许含量事实上为0.238％。

该钢的优点在于即使在未经预热或后热处理的情况下在通过焊接进再填充期间也具有良好的抗裂隙性，但是其不足之处在于尤其是由于在修补的ZAH与母体金属之间硬度差异较大(100-150BH)导致其在焊补之后难以进行处理。此外，该钢的导热性较差，这就限制了采用模塑的生产线的产率。

事实上，申请人业已发现通用的可焊接性的概念只部分地代表模具钢的焊补能力。事实上，在可焊接性这一概念的通常意义中，可焊接钢是一种即使在不予以特殊关注的条件下也不会在焊接过程中出现裂缝的钢。在通过焊接修补模具钢的情况下，当然需要不出现裂缝，但这还不够。同样必要的是焊补区以及与其邻近的受热区能够顺利地进行机加工，抛光与糙化处理。此外，能否在不进行预热或后热处理的条件下进行焊补操作通常并非至关重要。

本发明的目的是提出一种同时具备用于模具制造的钢所需主要特性的钢，其导热性优于已知钢并且易于焊补，也就是说，尤其在焊补之后保持了良好的可抛光性与可糙化性。

为此，本发明的主题是一种用于制造塑料注塑模具的钢，其化学组成含有以重量计：

0.17％≤C≤0.27％

0％≤Si≤0.5％

0％≤Mn≤2％

0％≤Ni≤2％

0％≤Cr≤3％

0％≤Mo+W/2≤1.5％0％≤V+Nb/2+Ta/4≤0.5％

0.002％≤B≤0.015％