铝合金压铸模具用高导热-抗熔损铁基材料及其制备方法与流程

本发明属于铝合金压铸模具材料技术领域，具体涉及一种铝合金压铸模具用高导热-抗熔损铁基材料，本发明还涉及采用高导热-抗熔损铁基材料制备铝合金压铸模具的方法。

背景技术：

近20年来，由轻量化制造催生的铝合金压铸成型技术发展迅猛。据不完全统计，国内已有压铸制造企业14843家，其中自有20台以上压铸机企业890家、10-19台压铸机企业1930家，市场上运行的压铸机保有量超过10万台，压铸模具钢消耗超过10万吨/年，压铸模具钢价值30亿！中国已成为全球最大的压铸制造市场。

虽然压铸产业发展迅速，但铝、镁合金压铸模具选材仍沿用着在轻合金(低熔点金属)压铸产业形成规模以前，为满足钢件锻造/冲压等压力加工行业设计、以承受冲击载荷为主的热作模具钢。典型钢种有：5crnimo、5crmnmo、5crniw、5crniti及5crmnmosiv等，其成分特点为0.35-0.6的c、总量约6％的cr、ni、w、mn、mo等合金元素。此类模具钢不仅成本高，且未考虑铝熔体对模具的粘着熔损特点，致使高价模具早期失效，严重制约着压铸业的发展。因此，急需研制出以抗熔体侵蚀为设计依据的长寿命压铸模具专用材料。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种铝合金压铸模具用高导热-抗熔损铁基材料，解决了现有铝合金压铸模具使用过程中的熔损和抗冷热疲劳不足的问题。

本发明的另一目的在于提供一种采用高导热-抗熔损铁基材料制备铝合金压铸模具的方法。

本发明所采用的第一种技术方案是，一种铝合金压铸模具用高导热-抗熔损铁基材料，按质量百分比由以下原料组分组成：c含量为3.0％～4.0％、si含量为2.0％～3.5％、mn含量为0.10％～0.60％、p含量不超过0.06％、s含量不超过0.02％、cr含量不超过2.0％、ni含量不超过2.0％、re含量为0.01％～0.10％、mg含量为0.01％～0.10％，余量为fe。

本发明所采用的第二种技术方案是，一种采用高导热-抗熔损铁基材料制备铝合金压铸模具的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，按质量百分比分别称取c含量为3.0％～4.0％、si含量为2.0％～3.5％、mn含量为0.10％～0.60％、p含量不超过0.06％、s含量不超过0.02％、cr含量不超过2.0％、ni含量不超过2.0％、re含量为0.01％～0.10％、mg含量为0.01％～0.10％，余量为fe；

步骤2，将步骤1称取的原料放入电炉中至完全熔化，得到金属液；

步骤3，将步骤2得到的金属液倒入提前加入球化剂和孕育剂的转运包中进行球化和孕育，得到符合浇铸要求的金属液；

步骤4，将步骤3得到的符合浇铸要求的金属液注入预热的铸造生产线保温炉中，通过结晶器进行激冷，金属液表层凝固后形成金属外壳，再由牵引机水平拉出形成坯料，经切割机和压断机进行定尺切割，得到水平连铸模具坯料；

步骤5，将步骤4得到的水平连铸模具坯料，按照模具外形尺寸进行截断，留出磨削量，进行机加工，将机加工后的模具放入热处理炉中进行热处理、等温淬火处理，进行硬度检验合格后，对模具型腔及流道等进行磨削加工，即可得到高导热-抗熔损铁基材料铝合金压铸模具。

本发明第二种技术方案的特点还在于，

步骤2中熔化的温度为1400℃～1600℃。

步骤3中球化剂为步骤1得到的熔融态金属液质量的1.0％～2.0％，孕育剂为步骤1得到的熔融态金属液质量的1.0％～2.0％。

步骤3中球化剂为颗粒状的硅铁，孕育剂为颗粒状的镁合金。

步骤4中铸造生产线保温炉的预热温度为670～770℃，激冷时间为15～30s。

步骤5中热处理的温度为750～950℃，保温时间为30min～60min。

步骤5中等温淬火处理的温度为220℃～380℃，时间为30min～70min。

本发明的有益效果是：

(1)本发明一种铝合金压铸模具用高导热-抗熔损铁基材料，组织致密、晶粒细小，石墨球数多，球化率高，且石墨分布具有较高的规整度，用其制备的坯料具有优良的导热性和抗冷热疲劳性能；

(2)本发明一种采用高导热-抗熔损铁基材料制备铝合金压铸模具的方法，通过改进强韧化机制，避免了传统模具钢在加工前的锻造、退火及淬后回火工序，且本发明材料具有优良的加工性能，从而节省了铝合金压铸模具生产的料工成本。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种铝合金压铸模具用高导热-抗熔损铁基材料，按质量百分比由以下原料组分组成：c含量为3.0％～4.0％、si含量为2.0％～3.5％、mn含量为0.10％～0.60％、p含量不超过0.06％、s含量不超过0.02％、cr含量不超过2.0％、ni含量不超过2.0％、re含量为0.01％～0.10％、mg含量为0.01％～0.10％，余量为fe。

本发明铝合金压铸模具用高导热-抗熔损铁基材料石墨球化等级为1～2级，石墨球均匀分布且间距小于30μm；抗铝熔损性能优于h13热作模具钢。

本发明提供了一种采用高导热-抗熔损铁基材料制备铝合金压铸模具的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，按质量百分比分别称取c含量为3.0％～4.0％、si含量为2.0％～3.5％、mn含量为0.10％～0.60％、p含量不超过0.06％、s含量不超过0.02％、cr含量不超过2.0％、ni含量不超过2.0％、re含量为0.01％～0.10％、mg含量为0.01％～0.10％，余量为fe；

步骤2，将步骤1称取的原料放入温度为1400℃～1600℃的电炉中至完全熔化，得到金属液；

步骤3，将步骤2得到的金属液倒入提前加入球化剂和孕育剂的转运包中进行球化和孕育，得到符合浇铸要求的金属液；

其中，球化剂为步骤1得到的熔融态金属液质量的1.0％～2.0％，孕育剂为步骤1得到的熔融态金属液质量的1.0％～2.0％；

球化剂采用颗粒状的硅铁，孕育剂采用颗粒状的镁合金；

步骤4，将步骤3得到的符合浇铸要求的金属液注入预热温度为670～770℃的铸造生产线保温炉中，通过结晶器进行激冷15～30s，金属液表层凝固后形成金属外壳，再由牵引机水平拉出形成坯料，经切割机和压断机进行定尺切割，得到水平连铸模具坯料；

步骤5，将步骤4得到的水平连铸模具坯料，按照模具外形尺寸进行截断，留出磨削量，进行机加工，将机加工后的模具放入热处理炉中进行热处理，再进行等温淬火处理，进行硬度检验合格后，对模具型腔及流道等进行磨削加工，即可得到高导热-抗熔损铁基材料铝合金压铸模具；

其中，热处理的温度为750～950℃，保温时间为30min～60min，其目的是获得碳元素分布均匀的高碳奥氏体；等温淬火处理的温度为220℃～380℃，时间为30min～70min，其目的是为了获得纳米级α相和高碳γ相。

本发明制备方法中通过热处理工艺进行处理后，基体为无碳化物析出的α/γ型组织，硬度为hrc45～60。

实施例1

本发明提供了一种采用高导热-抗熔损铁基材料制备铝合金压铸模具的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，按质量百分比分别称取c含量为3.2％、si含量为2.7％、mn含量为0.2％、p含量不超过0.06％、s含量不超过0.02％、cr含量为1.0％、ni含量为1.0％、re含量为0.02％、mg含量为0.02％，余量为fe；

步骤2，将步骤1称取的原料放入温度为1450℃的电炉中至完全熔化，得到金属液；

步骤3，将步骤2得到的金属液倒入提前加入球化剂和孕育剂的转运包中进行球化和孕育，得到符合浇铸要求的金属液；

其中，球化剂为步骤1得到的熔融态金属液质量的1.2％，孕育剂为步骤1得到的熔融态金属液质量的1.2％；

球化剂采用颗粒状的硅铁，孕育剂采用颗粒状的镁合金；

步骤4，将步骤3得到的符合浇铸要求的金属液注入预热温度为690℃的铸造生产线保温炉中，通过结晶器进行激冷22s，金属液表层凝固后形成金属外壳，再由牵引机水平拉出形成坯料，经切割机和压断机进行定尺切割，得到水平连铸模具坯料；

步骤5，将步骤4得到的水平连铸模具坯料，按照模具外形尺寸进行截断，留出磨削量，进行机加工，将机加工后的模具放入热处理炉中进行热处理，再进行等温淬火处理，进行硬度检验合格后，对模具型腔及流道等进行磨削加工，即可得到高导热-抗熔损铁基材料铝合金压铸模具；

其中，热处理的温度为780℃，保温时间为55min，；等温淬火处理的温度为260℃，时间为30min。

实施例2

本发明提供了一种采用高导热-抗熔损铁基材料制备铝合金压铸模具的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，按质量百分比分别称取c含量为3.4％、si含量为2.9％、mn含量为0.3％、p含量不超过0.06％、s含量不超过0.02％、cr含量为1.2％、ni含量为1.0％、re含量为0.03％、mg含量为0.02％，余量为fe；

步骤2，将步骤1称取的原料放入温度为1500℃的电炉中至完全熔化，得到金属液；

步骤3，将步骤2得到的金属液倒入提前加入球化剂和孕育剂的转运包中进行球化和孕育，得到符合浇铸要求的金属液；

其中，球化剂为步骤1得到的熔融态金属液质量的1.5％，孕育剂为步骤1得到的熔融态金属液质量的1.5％；

球化剂采用颗粒状的硅铁，孕育剂采用颗粒状的镁合金；

步骤4，将步骤3得到的符合浇铸要求的金属液注入预热温度为730℃的铸造生产线保温炉中，通过结晶器进行激冷18s，金属液表层凝固后形成金属外壳，再由牵引机水平拉出形成坯料，经切割机和压断机进行定尺切割，得到水平连铸模具坯料；

步骤5，将步骤4得到的水平连铸模具坯料，按照模具外形尺寸进行截断，留出磨削量，进行机加工，将机加工后的模具放入热处理炉中进行热处理，再进行等温淬火处理，进行硬度检验合格后，对模具型腔及流道等进行磨削加工，即可得到高导热-抗熔损铁基材料铝合金压铸模具；

其中，热处理的温度为800℃，保温时间为50min，；等温淬火处理的温度为280℃，时间为40min。

实施例3

本发明提供了一种采用高导热-抗熔损铁基材料制备铝合金压铸模具的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，按质量百分比分别称取c含量为3.4％、si含量为2.9％、mn含量为0.3％、p含量不超过0.06％、s含量不超过0.02％、cr含量为1.2％、ni含量为1.0％、re含量为0.03％、mg含量为0.03％，余量为fe；

步骤2，将步骤1称取的原料放入温度为1550℃的电炉中至完全熔化，得到金属液；

步骤3，将步骤2得到的金属液倒入提前加入球化剂和孕育剂的转运包中进行球化和孕育，得到符合浇铸要求的金属液；

其中，球化剂为步骤1得到的熔融态金属液质量的1.8％，孕育剂为步骤1得到的熔融态金属液质量的1.8％；

球化剂采用颗粒状的硅铁，孕育剂采用颗粒状的镁合金；

步骤4，将步骤3得到的符合浇铸要求的金属液注入预热温度为760℃的铸造生产线保温炉中，通过结晶器进行激冷15s，金属液表层凝固后形成金属外壳，再由牵引机水平拉出形成坯料，经切割机和压断机进行定尺切割，得到水平连铸模具坯料；

步骤5，将步骤4得到的水平连铸模具坯料，按照模具外形尺寸进行截断，留出磨削量，进行机加工，将机加工后的模具放入热处理炉中进行热处理，再进行等温淬火处理，进行硬度检验合格后，对模具型腔及流道等进行磨削加工，即可得到高导热-抗熔损铁基材料铝合金压铸模具；

其中，热处理的温度为850℃，保温时间为40min，；等温淬火处理的温度为330℃，时间为50min。

实施例4

本发明提供了一种采用高导热-抗熔损铁基材料制备铝合金压铸模具的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，按质量百分比分别称取c含量为3.6％、si含量为3.2％、mn含量为0.4％、p含量不超过0.06％、s含量不超过0.02％、cr含量为1.5％、ni含量为1.3％、re含量为0.04％、mg含量为0.04％，余量为fe；

步骤2，将步骤1称取的原料放入温度为1580℃的电炉中至完全熔化，得到金属液；

步骤3，将步骤2得到的金属液倒入提前加入球化剂和孕育剂的转运包中进行球化和孕育，得到符合浇铸要求的金属液；

其中，球化剂为步骤1得到的熔融态金属液质量的2％，孕育剂为步骤1得到的熔融态金属液质量的2％；

球化剂采用颗粒状的硅铁，孕育剂采用颗粒状的镁合金；

步骤4，将步骤3得到的符合浇铸要求的金属液注入预热温度为770℃的铸造生产线保温炉中，通过结晶器进行激冷25s，金属液表层凝固后形成金属外壳，再由牵引机水平拉出形成坯料，经切割机和压断机进行定尺切割，得到水平连铸模具坯料；

步骤5，将步骤4得到的水平连铸模具坯料，按照模具外形尺寸进行截断，留出磨削量，进行机加工，将机加工后的模具放入热处理炉中进行热处理，再进行等温淬火处理，进行硬度检验合格后，对模具型腔及流道等进行磨削加工，即可得到高导热-抗熔损铁基材料铝合金压铸模具；

其中，热处理的温度为900℃，保温时间为30min，；等温淬火处理的温度为360℃，时间为60min。

实施例5

本发明提供了一种采用高导热-抗熔损铁基材料制备铝合金压铸模具的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，按质量百分比分别称取c含量为3.0％、si含量为2.0％、mn含量为0.6％、p含量不超过0.06％、s含量不超过0.02％、cr含量为2.0％、ni含量为2.0％、re含量为0.01％、mg含量为0.01％，余量为fe；

步骤2，将步骤1称取的原料放入温度为1400℃的电炉中至完全熔化，得到金属液；

步骤3，将步骤2得到的金属液倒入提前加入球化剂和孕育剂的转运包中进行球化和孕育，得到符合浇铸要求的金属液；

其中，球化剂为步骤1得到的熔融态金属液质量的2％，孕育剂为步骤1得到的熔融态金属液质量的2％；

球化剂采用颗粒状的硅铁，孕育剂采用颗粒状的镁合金；

步骤4，将步骤3得到的符合浇铸要求的金属液注入预热温度为670℃的铸造生产线保温炉中，通过结晶器进行激冷15s，金属液表层凝固后形成金属外壳，再由牵引机水平拉出形成坯料，经切割机和压断机进行定尺切割，得到水平连铸模具坯料；

步骤5，将步骤4得到的水平连铸模具坯料，按照模具外形尺寸进行截断，留出磨削量，进行机加工，将机加工后的模具放入热处理炉中进行热处理，再进行等温淬火处理，进行硬度检验合格后，对模具型腔及流道等进行磨削加工，即可得到高导热-抗熔损铁基材料铝合金压铸模具；

其中，热处理的温度为750℃，保温时间为60min，；等温淬火处理的温度为220℃，时间为70min。

实施例6

本发明提供了一种采用高导热-抗熔损铁基材料制备铝合金压铸模具的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，按质量百分比分别称取c含量为4.0％、si含量为3.5％、mn含量为0.1％、p含量不超过0.06％、s含量不超过0.02％、cr含量为1.0％、ni含量为1.5％、re含量为0.1％、mg含量为0.1％，余量为fe；

步骤2，将步骤1称取的原料放入温度为1600℃的电炉中至完全熔化，得到金属液；

步骤3，将步骤2得到的金属液倒入提前加入球化剂和孕育剂的转运包中进行球化和孕育，得到符合浇铸要求的金属液；

其中，球化剂为步骤1得到的熔融态金属液质量的1.0％，孕育剂为步骤1得到的熔融态金属液质量的1.0％；

球化剂采用颗粒状的硅铁，孕育剂采用颗粒状的镁合金；

步骤4，将步骤3得到的符合浇铸要求的金属液注入预热温度为760℃的铸造生产线保温炉中，通过结晶器进行激冷20s，金属液表层凝固后形成金属外壳，再由牵引机水平拉出形成坯料，经切割机和压断机进行定尺切割，得到水平连铸模具坯料；

步骤5，将步骤4得到的水平连铸模具坯料，按照模具外形尺寸进行截断，留出磨削量，进行机加工，将机加工后的模具放入热处理炉中进行热处理，再进行等温淬火处理，进行硬度检验合格后，对模具型腔及流道等进行磨削加工，即可得到高导热-抗熔损铁基材料铝合金压铸模具；

其中，热处理的温度为950℃，保温时间为55min，；等温淬火处理的温度为380℃，时间为55min。

本发明一种铝合金压铸模具用高导热-抗熔损铁基材料，组织致密、晶粒细小，石墨球数多，球化率高，且石墨分布具有较高的规整度，制备的坯料具有优良的导热性和抗冷热疲劳性能，并且坯料中加入的si含量较高，对al-fe反应起到了较大的固溶置换作用，降低了压铸过程中铝熔体对模具材料的熔损作用。

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