[發明專利]一種高強硬合金灰鐵模具材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710700447.3
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN107641754A
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 續維;趙亮
• 申請（專利權）人: 寶鋼特鋼有限公司
• 主分類號: C22C37/10
• 分類號: C22C37/10;C22C37/08;C22C33/08;C21D5/02
• 代理公司: 上海開祺知識產權代理有限公司31114
• 代理人: 崔兆慧,竺明

技術領域

本發明屬于合金灰鐵材料技術領域，涉及一種高強硬合金灰鐵模具材料及其制備方法，尤其涉及一種汽車大型覆蓋件用的高強硬合金灰鐵模具材料及其制備方法。

背景技術

制作汽車車身覆蓋件的模具材料需要良好的性能，最重要的是強度指標和淬透性指標，因為汽車覆蓋件模具在服役的過程中可能發生斷裂、變形、磨損、粘合、啃傷、軟化等失效形式，因此模具材料應具備高強度和高淬透性才能具有抗變形、抗磨損、抗斷襲、耐疲勞和抗軟化及抗粘合的能力。

制造大型汽車覆蓋件模具所使用的模具材料通常是采用合金灰鐵材料，當前，常使用的是合金灰鐵GM241材料，其化學成分組成(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％，余量為Fe。

由于GM241覆蓋件模具材料沒有微合金化元素的作用，并且C元素、Cu元素、Mo元素和Cr元素含量較低，合金元素之間的復合強化作用不明顯，沒有較強的促進石墨化減少白口傾向作用，其抗拉強度只有350MPa左右，GM241表面淬硬層深度只有2.2mm，表面硬度只有50HRC。因此，這種汽車覆蓋件模具材料在服役的過程中容易產生斷裂、變形、磨損、粘合、啃傷、軟化等失效。

因此，多年來，廣大冶金材料學科研人員在冶金材料領域里，特別是在石墨灰鐵材料領域中一直在尋找一種高強硬石磨合金灰鐵材料來替代目前的GM241材料，開發高端的大型汽車覆蓋件模具材料，來滿足日益增長的高質量的汽車覆蓋件制造需要。

中國專利CN1693525A公開了一種合金灰鐵材料，其化學成份重量百分比為：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。該合金灰鐵材料的化學成份中含有較低的銅元素和鉬元素，并且沒有加入任何的微合金元素，因此這種合金灰鐵材料缺乏促進石墨化減少白口傾向作用，只能作為一般的汽車覆蓋件合金灰鐵模具材料使用，其綜合性能較差。

日本專利JP10071459A公開了一種相關覆蓋件的材料，其化學成份重量百分比為：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。該模具材料的化學成份中含有較高的硅含量和較低的鉬含量，其強化機理主要是通過硅元素在基體中的強化作用和其它合金元素的相互強化作用，另一方面，該材料沒有加入微合金化元素，因此，元素的復合強化作用不明顯，促進石墨化減少白口傾向作用不強。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高強硬合金灰鐵模具材料及其制備方法，該合金灰鐵模具材料的抗拉強度≥470MPa，表面硬度≥54.5HRC，淬硬層深度≥2.7mm，具有較高的強度和淬透性。

為達到上述目的，本發明的技術方案是：

一種高強硬合金灰鐵模具材料，其化學成分重量百分比為：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％，且上述元素需同時滿足如下關系：C＝5Cr+2.5V，余量為Fe及不可避免的雜質。

進一步，所述高強硬合金灰鐵模具材料的抗拉強度≥470MPa，表面硬度≥54.5HRC，淬硬層深度≥2.7mm。

以下是本發明主要元素的作用及其限定說明：

C：C是石墨相生成的基礎，而石墨相對金屬基體有割裂削弱作用。隨著C含量的增加，石墨片變得粗大，數量增多，提高了材料的硬度，但是石墨片增加太多會使材料的抗拉強度降低。因此，本發明控制C含量為3.5～3.8％。

Si：Si是促進石墨化元素，可溶于鐵素體，提高材料的抗拉強度和硬度，但將降低材料的塑性，因此，Si的含量不宜過高，本發明控制Si含量為1.7～1.8％。

Mn：Mn在灰鑄鐵中可以中和S形成MnS及(Fe、Mn)S化合物，這些化合物的熔點在1600℃以上，可以作為石墨化的非自發性晶核；而中和S元素后余下的Mn可以增加并細化珠光體。但Mn是碳化物形成元素，而且Mn含量過高會增加材料的脆性。因此綜合考慮Mn的作用后，本發明控制Mn含量為0.3～0.5％。