[發(fā)明專利]一種超高強(qiáng)度納米晶3Cr9W2MoSi模具鋼及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011055500.7
• 申請(qǐng)日: 2020-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112210728B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王海;任玲;張書源;楊柯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號(hào): C22C38/22
• 分類號(hào): C22C38/22;C22C38/26;C22C38/04;C22C38/02;C21D6/00;C21D1/78
• 代理公司: 沈陽(yáng)晨創(chuàng)科技專利代理有限責(zé)任公司 21001
• 代理人: 張晨

本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種納米晶3Cr9W2MoSi模具鋼及其制備方法。該模具鋼的化學(xué)成分如下(重量％)：C:0.28～0.36；Cr:8.2～9.8；W:1.4～2.2；Mo:0.6～1.4；Nb:0.03～0.05；Ce:0.01～0.03；Si:0.4～1.2；Mn＜0.2；余量為Fe。該模具鋼的制備方法如下：(1)在1070～1150℃保溫一段時(shí)間后，快速冷卻至室溫以獲得納米板條前驅(qū)體；(2)對(duì)納米板條前驅(qū)體在溫度為800～880℃，應(yīng)變速率為0.5～2s^?1的范圍內(nèi)進(jìn)行熱變形，總應(yīng)變量大于等于70％，使納米板條前驅(qū)體轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米晶結(jié)構(gòu)；(3)對(duì)納米晶材料在440～480℃時(shí)效4h，時(shí)效后快速冷卻至室溫。本發(fā)明所制備的納米晶模具鋼具有超高的強(qiáng)度、良好的塑韌性，以及耐高溫氧化性能，適用于制備各類高端模具。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種高強(qiáng)度納米晶3Cr9W2MoSi模具鋼及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)模具鋼的性能逐漸難以滿足人們的需要，亟需開(kāi)發(fā)具有更高性能的新型模具鋼材料。人們嘗試通過(guò)進(jìn)一步提高碳和鉻的含量，提高模具鋼材料的硬度及耐磨性能。然而，隨著材料強(qiáng)度的提升，其塑性和韌性顯著降低，這一瓶頸問(wèn)題始終無(wú)法妥善解決，導(dǎo)致傳統(tǒng)模具鋼材料的發(fā)展長(zhǎng)期陷于停滯狀態(tài)。

與粗晶鋼鐵材料相比，納米晶鋼鐵材料具有更高的強(qiáng)度與塑性、較大的疲勞強(qiáng)度等優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，同時(shí)它還具有良好的抗高溫氧化性能，這些在實(shí)際應(yīng)用中極具吸引力，發(fā)展和制備納米晶模具鋼為傳統(tǒng)模具鋼的性能優(yōu)化開(kāi)辟了一個(gè)新途徑。

目前，塊體納米晶金屬材料的制備主要是通過(guò)大塑性變形(SPD)法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。常見(jiàn)的大塑性變形法包括等通道轉(zhuǎn)角擠壓(ECAP)、累積復(fù)合軋制(ARB)、多向鍛造(MF)和高壓扭轉(zhuǎn)(HPT)等，這些方法均需要依靠大功率設(shè)備及昂貴的模具，所制備材料的尺寸也較小，無(wú)法滿足規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)的需要。為此，本發(fā)明提供了一種新型納米晶模具鋼及其制備方法，通過(guò)常規(guī)熱軋制變形即可實(shí)現(xiàn)納米晶模具鋼的制備，為傳統(tǒng)模具鋼材料的發(fā)展帶來(lái)新的基礎(chǔ)與機(jī)遇。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種納米晶模具鋼，為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種納米晶3Cr9W2MoSi模具鋼，按重量百分比計(jì)，該模具鋼的化學(xué)成分如下：C:0.28～0.36；Cr:8.2～9.8；W:1.4～2.2；Mo:0.6～1.4；Nb:0.03～0.05；Ce:0.01～0.03；Si:0.4～1.2；Mn＜0.2；余量為Fe。部分元素的優(yōu)選范圍是：C：0.32～0.35；Cr：9.0～9.6；W：1.8～2.1；Mo：1.0～1.3；Si：0.8～1.1。

本發(fā)明所述的納米晶模具鋼的制備方法為：采用真空感應(yīng)爐，獲得原材料鑄錠，鑄錠修磨后經(jīng)過(guò)1100℃以上開(kāi)坯鍛造、精鍛加工成坯。

對(duì)精鍛加工所得坯料在1070～1150℃以上保溫一段時(shí)間后，快速冷卻至室溫，獲得納米板條前驅(qū)體；對(duì)所得納米板條前驅(qū)體進(jìn)行熱變形，獲得納米晶組織；對(duì)納米晶組織進(jìn)行時(shí)效處理，最終獲得納米晶模具鋼。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案：

對(duì)坯料在1070～1150℃保溫一段時(shí)間，保溫時(shí)間t＝(3.0～4.0)D min，其中，D為試樣的有效厚度，單位為毫米mm。

快速冷卻的冷卻速率在10～20℃/s之間。

所述納米板條前驅(qū)體在溫度為800～880℃，應(yīng)變速率為0.5～2.0s^-1的范圍內(nèi)進(jìn)行熱變形，總應(yīng)變量大于等于70％。優(yōu)選為：熱變形溫度為810～840℃，應(yīng)變速率為0.6～1.2s^-1，總應(yīng)變量大于等于90％。

采用本發(fā)明所述方法制備所得材料的顯微組織為納米晶組織，晶粒尺寸在25～100nm之間。

本發(fā)明的有益效果是：