[發(fā)明專利]多類型超細碳化物中合金工具鋼

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710010537.6
• 申請日: 2007-03-05
• 公開（公告）號: CN101070580A
• 公開（公告）日: 2007-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬永慶;張洋
• 申請（專利權(quán)）人: 大連海事大學(xué)
• 主分類號: C22C38/46
• 分類號: C22C38/46;C21D1/26;C21D1/18;C21D11/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 安寶貴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工模具鋼，尤其涉及DM8B-2型合金鋼的設(shè)計及其熱處理工藝。

技術(shù)背景

碳化物細化對工模具鋼的性能提高有著重要的影響。但是，當(dāng)人們試圖提高耐磨性而增加合金含量使其成為高碳中合金鋼時，碳化物的細化卻成為一個難題。此時，由于淬火殘余奧氏體量比高碳低合金鋼高得多，勢必要求有更高的回火溫度反而導(dǎo)致硬度下降。因此，國內(nèi)外工模具鋼歷來缺少高碳中合金鋼品種。隨著加工工業(yè)的發(fā)展，薄刃刀具、剪切模具和重沖擊模具等要求具有比高碳低合金鋼工模具更長的使用壽命和更好的加工質(zhì)量時，一種名為DM8B-2的超細碳化物的中合金工具鋼的新鋼種便應(yīng)運而生了。研究表明，多元合金高碳鋼成分設(shè)計合適時，鋼中存在多類型碳化物即M₃C、M₂₃C₆、M₇C₃、M₆C和MC，因其晶體結(jié)構(gòu)不同，在不同溫度下各類碳化物形核、生長及在奧氏體中溶解的熱力學(xué)和動力學(xué)差異很大，在常規(guī)的鍛軋加工和熱處理工藝條件下，便可以獲得極為細化的碳化物。這類鋼的退火碳化物尺寸在0.05～0.8μm之間，淬火未溶碳化物尺寸小于0.5μm，與通常的高碳合金鋼中的碳化物比較，堪稱為超細碳化物。這類鋼在較低的淬火溫度時，因M₃C和M₂₃C₆大量溶解，保證了較低淬火溫度時奧氏體中的碳和合金的固溶度，故可獲得較高的淬火硬度；回火過程中各類碳化物沉淀聚集的溫度區(qū)間不同，又使抗回火性提高，并隨原奧氏體中固溶的合金和碳量增加而升高，在合適的Cr/(W+Mo)比時，在200℃-300℃回火時可因碳化物沉淀硬化使回火硬度達到61-64HRC。

多類型超細碳化物中合金工具鋼DM8B-2，是應(yīng)用我們研發(fā)的合金設(shè)計方法設(shè)計的。該方法綜合運用了相平衡熱力學(xué)計算及碳化物相變規(guī)律、電子、原子層次上結(jié)合能的計算、熱處理工藝及淬火和回火硬度計算、并對其強度和韌性做了預(yù)測，其設(shè)計的出發(fā)點就是獲得一種超細碳化物高碳中合金鋼，通過采用合理的熱處理工藝使其制造的工模具能有高硬度、高耐磨性和高的刃口鋒利度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種多類型超細碳化物合金DM8B-2鋼。新鋼種的設(shè)計原則是：

(1)合理的C、Cr、W、Mo、V含量保證碳化物細化，保證高硬度碳化物數(shù)量；合適的Si、Mn和少量的Ni保證高屈服強度和韌性，并降低表面脫碳傾向，以及提高基體與碳化物的結(jié)合力；(2)合理的Cr/(W+Mo)比，獲得相對較低的淬火溫度和相對較高的回火溫度下的高硬度；(3)高的屈服強度和沖擊韌度指標(biāo)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實現(xiàn)的：

一種多類型超細碳化物中合金工具鋼，其特征在于含有重量％C?0.76～0.85、Si?0.45～0.6、Mn?0.25～0.45、Cr?1.7～2.1、W?1.7～1.95、Mo?0.9～1.05、V?0.3～0.4、Ni?0.25～0.6、S≤0.015、P≤0.02、Fe余量。

所述的多類型超細碳化物中合金工具鋼進行熱處理的方法，包括采用感應(yīng)電爐+電渣重熔進行熔煉，和在870℃～1150℃鍛軋，其特征在于還包括如下工藝步驟：

(1)退火，820℃～840℃加熱2～4h，隨后爐冷；

(2)淬火，850℃～890℃加熱速度2min/mm，之后水冷或油泠；

(3)冷處理，淬火后深冷至-80℃～-120℃，保冷0.5～1h并緩慢升至室溫；

(4)回火，200℃～300℃，恒溫2～4h。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)點在于通過合理的合金化設(shè)計，使多類型碳化物在其固溶和沉淀硬化過程中實現(xiàn)超細化，即通過退火使碳化物均勻細化，平均尺寸小于0.8μm；通過淬火使未溶碳化物均勻細化，平均尺寸小于0.6μm，馬氏體針可小于6μm，在通過冷處理和回火后，使回火馬氏體均勻細化，殘余奧氏體小于12％，從而使由該鋼種制成的模具和刃具具有了高硬度、高耐磨性和高鋒利度。

附圖說明

本發(fā)明有附圖7幅，其中：

圖1是本發(fā)明的合金含量為上限時的碳化物相平衡圖。

圖2是本發(fā)明的合金含量為中限時的碳化物相平衡圖。

圖3是本發(fā)明的合金含量為下限時的碳化物相平衡圖。

圖4是Si，Ni含量對原子間結(jié)合能影響的關(guān)系圖。

圖5是回火溫度對硬度影響的關(guān)系圖。

圖6是830℃退火時的金相組織圖。

圖7是890℃淬火后金相組織圖。

具體實施方式