專利名稱：一種耐熱耐磨的模具材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種材料，尤其是一種耐熱耐磨的模具材料。
背景技術：
為節省能源世界各國均以提高熱與電能或熱與動能轉換的機器的工作溫度來改善其效益，這樣一來與之配套的一些零件的材料卻因不耐熱和耐磨而失效。此外，隨著熱壓或熱擠壓成型的塑料、有色金屬或鋼鐵零件的新工藝采納，其成型溫度和壓力上升，原來用于制造模具的材料已經不能滿足新的性能要求。對于耐熱耐磨材料，多采用鋼制件，但對于導熱要求非常高的模具來說，鋼制模具沒有石墨模具好。目前，我國這些零部件多依賴于進口，例如用于汽車增壓器軸襯套的材 料PL33(近似石墨鑄鐵材料)是德國Mahle公司的科研成果，目前用該材料生產增壓器軸襯套的公司在全世界具有市場壟斷地位，耐熱鋼的成本高，且成形性能差，耐熱鑄鐵成形優異，且導熱性能優于鋼種，但機械性能難符合要求，因此現有技術的耐熱耐磨材料成本高，效率低，適用性很窄。比如以鋁及其合金的壓鑄或拉鑄模具的工作特點，來開發的一種材料，應考慮其工作特點。壓鑄或拉鑄鋁及其合金時，先將液態的、待加工的鋁及其合金熔煉，此時的合金液已被加熱到純鋁的熔點660. 250C以上(約710°C )，待其冷至半固態，澆注入模具，進行擠壓或拉拔形成為市場所需的線材、板材和型材，成型的模具直接與鋁液接觸，受熱極不均勻，溫度梯度可以達到200°C/mm。因此，模具首先要求導熱性能良好。模具侵入鋁液中，耐熱鑄鐵或耐熱鋼所制造的模具，會與鋁液發生反應，石墨模具則有鋁液滲透。這樣使模具內腔化學成分和尺寸變化，材料成型時候所帶來振動、沖擊力使模具很快失效。

發明內容
本發明的目的在于，提供一種成本低、成型工藝節省、加工精度高、使用壽命長的耐熱耐磨的模具材料。本發明解決其技術問題采用一種耐熱耐磨的模具材料，其成分比例為C : I. 2-5. 0% ； Si : I. 0-5. 0% ； Mn 0. 5-1. 2% ；S 0. 01-0. 02% ； Cu 0. 3-1. 0% ； Cr 0. 5-5. 0% ；Al 0. 5-3. 0% ； Fe 79. 78-95. 99%本發明的最佳比例為C 3% ；Si 2. 5% ； Mn 0. 8% ；S :0.01%; Cu :0.5%; Cr 3% ；Al 2% ；Fe 88. 19%本發明的進一步設置為高溫熔煉后使各成分比例達到3%C，0.01%S，2. 5%Si，
O.8%Mn，O. 5%Cu，3%Cr, 2%A1，接著進行變質處理，使碳一部分以細小和末梢園鈍石墨形式存在材料中，一部分則與Cr形成孤立的硬質碳化物。
上述材料導熱性能優于鋼，而機械性能接近鋼，其化學性能穩定不玷污鋁液和耐磨性能好，材料中具有網絡結構的石墨使模具材料導熱性能優良，石墨細小及其末端園鈍能保證材料機械性能略微降低，材料中所加入的適量合金元素，那么在制作磨具時使模具熱處理后內腔形成一層與鋁及其合金液不侵潤的保護膜，由于本發明的材料中含有大量這些元素，所以在使用過程中內腔膜破損處會不斷產生新保護膜，所以能耐住鋁液侵蝕，本發明的材料中會變質處理時會產生顆粒Cr7C3金屬化合物從而使模具有優良耐磨性能，而石墨是優良固體潤滑劑，能減少鋁及其合金的表面磨損。
具體實施例方式本發明一種耐熱耐磨的模具材料，是將原料投入熔爐，通過高溫熔煉將S的含量降至O. 02%以下，接著在熔煉液里加入按一定順序加入合金料，分別增加合金液中Cu、Cr、Si、Mn、Al 使各成分比例達至Ij 3%C, O. 01 %S, 2. 5%Si，O. 8%Mn, 0. 5%Cu, 3%Cr, 2%A1，進行變質處理后澆注成型，形成模具的坯料。C為碳,在本發明的材料中，最終形成石墨和碳化物，S為硫，Si為娃，Mn為猛，Cu為銅，Cr為鉻,Al為招。本發明中加入高硅和高碳，使材料凝固時候處于Fe-FeC相圖中共晶點，所以成型工藝易掌控，模具的加工成本低，而在用材料澆注成型前進行變質處理，使鑄鐵中類似于裂紋的石墨細小，末端圓潤不引起應力集中，從而減少其對機械性能的影響，而具有接近鋼的機械性能。材料中銅有耐腐蝕作用，其中硅可以強化鐵素體，提高屈強比，改善材料的耐熱性和耐腐蝕性，能細化組織。若Cu和Si含量高則降低材料的韌性和塑性，增加回火脆性傾向；而錳可以降低鋼的臨界淬火速度，在冷卻時增加奧氏體的穩定性，抑制奧氏體的分解，使高溫下形成的奧氏體得以保持到常溫；鉻能提高材料強度，提高鐵素體硬度，含量大于1%時降低鐵素體沖擊韌性，降低鋼的共析含碳量，改變鋼的等溫轉變S曲線(右移、雙曲線)增加淬透性,促進馬氏體形成,含量高時增加殘留奧氏體,增加抗磨抗蝕能力。因此在本是實施例中采用上述比例配合，為最佳的比例。本發明主要針對鋁及其合金的壓鑄或拉鑄模具的工作特點，所開發的一種材料。壓鑄或拉鑄鋁及其合金時，主要是將待加工的鋁及其合金液(約710V )冷至半固態，澆注入模具，進行擠壓或拉拔形成為市場所需的線材、板材和型材。加工時成型的模具直接與鋁液接觸，受熱極不均勻，溫度梯度可以達到200°C /_。因此，模具首先要求導熱性能良好。模具侵入鋁液中，耐熱鑄鐵或耐熱鋼所制造的模具，會與鋁液發生反應，石墨模具則有鋁液滲透。這樣使模具內腔化學成分和尺寸變化，材料成型時候所帶來振動、沖擊力使模具很快失效。通過改變材料中的各成分的比例，使本發明中的材料耐磨性和耐高溫的性能突出，有一定自我修復能力，所以使用壽命長。
權利要求
1.一種耐熱耐磨的模具材料，其成分比例為C 1. 2-5. 0% ； Si 1. 0-5. 0% ；Mn 0. 5-1. 2% ； S :0. 01-0. 02% ；Cu 0. 3-1. 0% ； Cr 0. 5-5. 0% ；Al 0. 5-3. 0% ； Fe 79. 78-95. 99%。
2.按照權利要求I所述的耐熱耐磨的模具材料，其成分比例為 C 3% ；Si 2. 5% ；Mn :0. 8% ； S :0. 01% ；Cu 0. 5% ； Cr 3% ； Al 2% ；Fe 88.19%。
3.按照權利要求2所述的耐熱耐磨的模具材料，其特征在于高溫熔煉后使各成分比例達到3%C，O. 01%S, 2. 5%Si，O. 8%Mn, 0. 5%Cu, 3%Cr, 2%A1，接著進行變質處理，使碳一部分以細小和末梢園鈍石墨形式存在材料中，一部分則與Cr形成孤立的硬質碳化物。
全文摘要
本發明涉及一種材料，尤其是一種耐熱耐磨的模具材料。其組成的比例為1.2-3.5.0%C；1.0-3.5%Si；0.5-1.2%Mn；≦0.02%S；0.3-1.0%Cu；0.5-5.0%Cr；0.5-3.0%Al；其余為Fe。上述材料導熱性能優于鋼，而機械性能接近鋼，其化學性能穩定不玷污鋁液和耐磨性能好，材料中石墨使模具材料導熱性能優良，石墨細小及其末端園鈍能保證材料機械性能略微降低，材料中所加入的適量合金元素，那么在制作磨具時使模具熱處理后內腔形成一層與鋁及其合金液不侵潤的保護膜，在使用過程中內腔膜破損處會不斷產生新保護膜，所以能耐住鋁液侵蝕。本發明的材料中Cr元素與碳形成金屬化合物從而使模具有優良耐磨性能，材料中石墨是優良固體潤滑劑從而能減少磨損，能減少鋁及其合金的表面磨損。
文檔編號C22C38/34GK102912241SQ20121040891
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月23日 優先權日2012年10月23日
發明者楊唯加 申請人:嘉興市杰成機械有限公司