1.本發(fā)明實施例涉及鋼材加工領(lǐng)域，具體涉及一種熱作模具鋼材料及其制備方法。


背景技術(shù)：

2.熱作模具鋼是指適宜于制作對金屬進(jìn)行熱變形加工的模具用的合金工具鋼，如熱鍛模、熱擠壓模、壓鑄模、熱鐓模等，由于熱作模具長時間處于高溫高壓條件下工作，因此，要求模具材料具有高的強度、硬度及熱穩(wěn)定性，特別是應(yīng)有高熱強性、熱疲勞性、韌性和耐磨性。
3.但是，現(xiàn)有的熱作模具鋼材料在使用時，當(dāng)其使用溫度超過600℃后，其硬度會大幅降低，影響熱作模具鋼的使用效果。


技術(shù)實現(xiàn)要素：

4.為此，本發(fā)明實施例提供一種熱作模具鋼材料及其制備方法，本發(fā)明通過碳、鉻、釩、鎢、鉬、銅、錳、鎳、硅以及鐵制備熱作模具鋼，使熱作模具鋼的硬度更高，同時在高溫下其硬度下降的速率更低，以解決現(xiàn)有技術(shù)中高溫下熱作模具鋼硬度大幅下降的問題。
5.為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供如下技術(shù)方案：一種熱作模具鋼材料，其中所使用的原料(按重量百分比計)包括碳0.4wt％
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0.7wt％、鉻1.1wt％
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3.5wt％、釩0.2wt％
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1.5wt％、鎢0.3wt％
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0.8wt％、鉬0.7wt％
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1.2wt％、銅0.7wt％
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2.1wt％、錳2.3wt％
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5.5wt％、鎳0.7wt％
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1.1wt％、硅0.3wt％
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0.5wt％、余量為鐵。
6.一種熱作模具鋼材料的制備方法，具體制備步驟為：
7.步驟1、初煉：按照原料配比將鐵和碳放入中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，獲取基底鋼液，然后將基底鋼液轉(zhuǎn)入真空精煉爐中進(jìn)行真空精煉，制備精煉鋼液；
8.步驟2、混煉：將精煉鋼液轉(zhuǎn)入中頻感應(yīng)爐中，然后按照原料配比依次向中頻感應(yīng)爐中加入鉻、釩、鎢、鉬、銅、錳、鎳、硅，熔煉并攪拌混合，制備混合鋼液a；
9.步驟3、成分調(diào)整：取樣混合鋼液，分析混合鋼液的成分比并與原料比進(jìn)行對比，補充缺失，對混合鋼液的成分進(jìn)行調(diào)整，然后攪拌混合均勻，制備混合鋼液b；
10.步驟4、鑄造：將混合鋼液b注入預(yù)熱后鑄造模型中，保溫3h，然后在空氣中冷卻至常溫，隨后脫模，制備模具鋼錠；
11.步驟5、均勻化：將模具鋼錠加熱至850
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1100℃，然后并保溫4
?
6h，對模具鋼錠進(jìn)行均勻化處理，使模具鋼錠內(nèi)部成分均勻化，然后隨爐冷卻至250
?
290℃，最后室溫冷卻至常溫；
12.步驟6、配置淬火液：將水和聚丙烯酸鈉以8:1的質(zhì)量比混合均勻，制備淬火液a，將水和氯化鈉以7:2的質(zhì)量比混合均勻，制備淬火液b，然后將淬火液a和淬火液b以3:2的質(zhì)量比混合均勻，制備混合淬火液；
13.步驟7、熱處理：將模具鋼錠加熱至奧氏體化溫度范圍，然后保溫5h，然后將模具鋼錠置入混合淬火液中進(jìn)行淬火處理。
14.優(yōu)選的，所述步驟1中，中頻感應(yīng)爐中的熔煉溫度設(shè)置為1200℃，所述真空精煉爐的精煉溫度設(shè)置為1400℃。
15.優(yōu)選的，所述步驟2中，首先將中頻感應(yīng)爐加熱至1300℃，向精煉鋼液中加入鉻、釩、鎢熔煉并攪拌混合均勻，然后升溫至1450℃，并向精煉鋼液中加入鉬、銅并攪拌混合均勻，然后保溫30min，隨后降溫至1380℃，并向精煉鋼液中加入錳、鎳、硅并攪拌均勻，然后保溫1.5h，制成混合鋼液a。
16.優(yōu)選的，所述步驟3中，成分調(diào)整時，維持混合鋼液溫度在1330℃，持續(xù)時間設(shè)置為2h。
17.優(yōu)選的，所述步驟5中，首先以250℃/h的升溫速度將模具鋼錠升溫至600℃，然后以200℃/h的升溫速度將模具鋼錠升溫至850
?
1100℃。
18.優(yōu)選的，所述步驟6中，還可以通過水和氯化鈣的混合物或者水、氯化鈣和氯化鈉的混合物制備淬火液b，所述水和氯化鈣的質(zhì)量比為7:2，所述水、氯化鈣和氯化鈉的質(zhì)量比為7:1:1。
19.優(yōu)選的，所述步驟7中，首先將模具鋼錠置入混合淬火液中，維持混合淬火液的溫度在60攝氏度以下，模具鋼錠溫度降低至500℃左右時，取出模具鋼錠空冷至400℃左右，再次將模具鋼錠置入混合淬火液中，待模具鋼錠溫度減低至250℃，再次取出模具鋼錠空冷至180℃，最后將模具鋼錠置入混合淬火液中冷卻至常溫，然后將模具鋼錠置入清水中清洗，最后將取出模具鋼錠，將清洗液倒入混合淬火液中，對混合淬火液進(jìn)行補充。
20.本發(fā)明實施例具有如下優(yōu)點：
21.1、本發(fā)明通過碳、鉻、釩、鎢、鉬、銅、錳、鎳、硅以及鐵制備熱作模具鋼，通過混合熔煉，制備模具鋼錠，然后進(jìn)行兩次升溫，結(jié)束后保溫，進(jìn)行均勻化處理，然后通過混合淬火液對模具鋼錠進(jìn)行多次降溫淬火，使熱作模具鋼的硬度更高，同時在高溫下其硬度下降的速率更低；
22.2、通過聚丙烯酸鈉、氯化鈣、氯化鈉和水制備混合淬火液，對熱作模具鋼進(jìn)行淬火，使熱作模具鋼擁有更高的硬度，同時混合淬火液中的原料損耗低，使混合淬火液的利用率更高，減小淬火成本。
具體實施方式
23.以下由特定的具體實施例說明本發(fā)明的實施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點及功效，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
24.實施例1
25.一種熱作模具鋼材料，其中所使用的原料(按重量百分比計)包括碳0.4wt％、鉻1.1wt％、釩0.2wt％、鎢0.3wt％、鉬0.7wt％、銅0.7wt％、錳2.3wt％、鎳0.7wt％、硅0.3wt％、鐵93.3wt％。
26.一種熱作模具鋼材料的制備方法，具體制備步驟為：
27.步驟1、初煉：按照原料配比將鐵和碳放入中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，獲取基底鋼液，然后將基底鋼液轉(zhuǎn)入真空精煉爐中進(jìn)行真空精煉，制備精煉鋼液；
28.步驟2、混煉：將精煉鋼液轉(zhuǎn)入中頻感應(yīng)爐中，然后按照原料配比依次向中頻感應(yīng)爐中加入鉻、釩、鎢、鉬、銅、錳、鎳、硅，熔煉并攪拌混合，制備混合鋼液a；
29.步驟3、成分調(diào)整：取樣混合鋼液，分析混合鋼液的成分比并與原料比進(jìn)行對比，補充缺失，對混合鋼液的成分進(jìn)行調(diào)整，然后攪拌混合均勻，制備混合鋼液b；
30.步驟4、鑄造：將混合鋼液b注入預(yù)熱后鑄造模型中，保溫3h，然后在空氣中冷卻至常溫，隨后脫模，制備模具鋼錠；
31.步驟5、均勻化：將模具鋼錠加熱至850℃，然后并保溫4h，對模具鋼錠進(jìn)行均勻化處理，使模具鋼錠內(nèi)部成分均勻化，然后隨爐冷卻至250℃，最后室溫冷卻至常溫；
32.步驟6、配置淬火液：將水和聚丙烯酸鈉以8:1的質(zhì)量比混合均勻，制備淬火液a，將水和氯化鈉以7:2的質(zhì)量比混合均勻，制備淬火液b，然后將淬火液a和淬火液b以3:2的質(zhì)量比混合均勻，制備混合淬火液；
33.步驟7、熱處理：將模具鋼錠加熱至奧氏體化溫度范圍，然后保溫5h，然后將模具鋼錠置入混合淬火液中進(jìn)行淬火處理。
34.進(jìn)一步的，在上述技術(shù)方案中，所述步驟1中，中頻感應(yīng)爐中的熔煉溫度設(shè)置為1200℃，所述真空精煉爐的精煉溫度設(shè)置為1400℃。
35.進(jìn)一步的，在上述技術(shù)方案中，所述步驟2中，首先將中頻感應(yīng)爐加熱至1300℃，向精煉鋼液中加入鉻、釩、鎢熔煉并攪拌混合均勻，然后升溫至1450℃，并向精煉鋼液中加入鉬、銅并攪拌混合均勻，然后保溫30min，隨后降溫至1380℃，并向精煉鋼液中加入錳、鎳、硅并攪拌均勻，然后保溫1.5h，制成混合鋼液a。
36.進(jìn)一步的，在上述技術(shù)方案中，所述步驟3中，成分調(diào)整時，維持混合鋼液溫度在1330℃，持續(xù)時間設(shè)置為2h。
37.進(jìn)一步的，在上述技術(shù)方案中，所述步驟5中，首先以250℃/h的升溫速度將模具鋼錠升溫至600℃，然后以200℃/h的升溫速度將模具鋼錠升溫至850℃。
38.進(jìn)一步的，在上述技術(shù)方案中，所述步驟7中，首先將模具鋼錠置入混合淬火液中，維持混合淬火液的溫度在60攝氏度以下，模具鋼錠溫度降低至500℃左右時，取出模具鋼錠空冷至400℃左右，再次將模具鋼錠置入混合淬火液中，待模具鋼錠溫度減低至250℃，再次取出模具鋼錠空冷至180℃，最后將模具鋼錠置入混合淬火液中冷卻至常溫，然后將模具鋼錠置入清水中清洗，最后將取出模具鋼錠，將清洗液倒入混合淬火液中，對混合淬火液進(jìn)行補充。
39.實施例2
40.一種熱作模具鋼材料，其中所使用的原料(按重量百分比計)包括碳0.6wt％、鉻2.3wt％、釩0.8wt％、鎢0.5wt％、鉬0.9wt％、銅1.3wt％、錳4.4wt％、鎳0.9wt％、硅0.4wt％、鐵87.9wt％。
41.一種熱作模具鋼材料的制備方法，具體制備步驟為：
42.步驟1、初煉：按照原料配比將鐵和碳放入中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，獲取基底鋼液，然后將基底鋼液轉(zhuǎn)入真空精煉爐中進(jìn)行真空精煉，制備精煉鋼液；
43.步驟2、混煉：將精煉鋼液轉(zhuǎn)入中頻感應(yīng)爐中，然后按照原料配比依次向中頻感應(yīng)爐中加入鉻、釩、鎢、鉬、銅、錳、鎳、硅，熔煉并攪拌混合，制備混合鋼液a；
44.步驟3、成分調(diào)整：取樣混合鋼液，分析混合鋼液的成分比并與原料比進(jìn)行對比，補
充缺失，對混合鋼液的成分進(jìn)行調(diào)整，然后攪拌混合均勻，制備混合鋼液b；
45.步驟4、鑄造：將混合鋼液b注入預(yù)熱后鑄造模型中，保溫3h，然后在空氣中冷卻至常溫，隨后脫模，制備模具鋼錠；
46.步驟5、均勻化：將模具鋼錠加熱至850℃，然后并保溫4h，對模具鋼錠進(jìn)行均勻化處理，使模具鋼錠內(nèi)部成分均勻化，然后隨爐冷卻至250℃，最后室溫冷卻至常溫；
47.步驟6、配置淬火液：將水和聚丙烯酸鈉以8:1的質(zhì)量比混合均勻，制備淬火液a，將水和氯化鈉以7:2的質(zhì)量比混合均勻，制備淬火液b，然后將淬火液a和淬火液b以3:2的質(zhì)量比混合均勻，制備混合淬火液；
48.步驟7、熱處理：將模具鋼錠加熱至奧氏體化溫度范圍，然后保溫5h，然后將模具鋼錠置入混合淬火液中進(jìn)行淬火處理。
49.進(jìn)一步的，在上述技術(shù)方案中，所述步驟1中，中頻感應(yīng)爐中的熔煉溫度設(shè)置為1200℃，所述真空精煉爐的精煉溫度設(shè)置為1400℃。
50.進(jìn)一步的，在上述技術(shù)方案中，所述步驟2中，首先將中頻感應(yīng)爐加熱至1300℃，向精煉鋼液中加入鉻、釩、鎢熔煉并攪拌混合均勻，然后升溫至1450℃，并向精煉鋼液中加入鉬、銅并攪拌混合均勻，然后保溫30min，隨后降溫至1380℃，并向精煉鋼液中加入錳、鎳、硅并攪拌均勻，然后保溫1.5h，制成混合鋼液a。
51.進(jìn)一步的，在上述技術(shù)方案中，所述步驟3中，成分調(diào)整時，維持混合鋼液溫度在1330℃，持續(xù)時間設(shè)置為2h。
52.進(jìn)一步的，在上述技術(shù)方案中，所述步驟5中，首先以250℃/h的升溫速度將模具鋼錠升溫至600℃，然后以200℃/h的升溫速度將模具鋼錠升溫至850℃。
53.進(jìn)一步的，在上述技術(shù)方案中，所述步驟7中，首先將模具鋼錠置入混合淬火液中，維持混合淬火液的溫度在60攝氏度以下，模具鋼錠溫度降低至500℃左右時，取出模具鋼錠空冷至400℃左右，再次將模具鋼錠置入混合淬火液中，待模具鋼錠溫度減低至250℃，再次取出模具鋼錠空冷至180℃，最后將模具鋼錠置入混合淬火液中冷卻至常溫，然后將模具鋼錠置入清水中清洗，最后將取出模具鋼錠，將清洗液倒入混合淬火液中，對混合淬火液進(jìn)行補充。
54.實施例3
55.一種熱作模具鋼材料，其中所使用的原料(按重量百分比計)包括碳0.7wt％、鉻3.5wt％、釩1.5wt％、鎢0.8wt％、鉬1.2wt％、銅2.1wt％、錳5.5wt％、鎳1.1wt％、硅0.5wt％、鐵83.1wt％。
56.一種熱作模具鋼材料的制備方法，具體制備步驟為：
57.步驟1、初煉：按照原料配比將鐵和碳放入中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，獲取基底鋼液，然后將基底鋼液轉(zhuǎn)入真空精煉爐中進(jìn)行真空精煉，制備精煉鋼液；
58.步驟2、混煉：將精煉鋼液轉(zhuǎn)入中頻感應(yīng)爐中，然后按照原料配比依次向中頻感應(yīng)爐中加入鉻、釩、鎢、鉬、銅、錳、鎳、硅，熔煉并攪拌混合，制備混合鋼液a；
59.步驟3、成分調(diào)整：取樣混合鋼液，分析混合鋼液的成分比并與原料比進(jìn)行對比，補充缺失，對混合鋼液的成分進(jìn)行調(diào)整，然后攪拌混合均勻，制備混合鋼液b；
60.步驟4、鑄造：將混合鋼液b注入預(yù)熱后鑄造模型中，保溫3h，然后在空氣中冷卻至常溫，隨后脫模，制備模具鋼錠；
61.步驟5、均勻化：將模具鋼錠加熱至850℃，然后并保溫4h，對模具鋼錠進(jìn)行均勻化處理，使模具鋼錠內(nèi)部成分均勻化，然后隨爐冷卻至250℃，最后室溫冷卻至常溫；
62.步驟6、配置淬火液：將水和聚丙烯酸鈉以8:1的質(zhì)量比混合均勻，制備淬火液a，將水和氯化鈉以7:2的質(zhì)量比混合均勻，制備淬火液b，然后將淬火液a和淬火液b以3:2的質(zhì)量比混合均勻，制備混合淬火液；
63.步驟7、熱處理：將模具鋼錠加熱至奧氏體化溫度范圍，然后保溫5h，然后將模具鋼錠置入混合淬火液中進(jìn)行淬火處理。
64.進(jìn)一步的，在上述技術(shù)方案中，所述步驟1中，中頻感應(yīng)爐中的熔煉溫度設(shè)置為1200℃，所述真空精煉爐的精煉溫度設(shè)置為1400℃。
65.進(jìn)一步的，在上述技術(shù)方案中，所述步驟2中，首先將中頻感應(yīng)爐加熱至1300℃，向精煉鋼液中加入鉻、釩、鎢熔煉并攪拌混合均勻，然后升溫至1450℃，并向精煉鋼液中加入鉬、銅并攪拌混合均勻，然后保溫30min，隨后降溫至1380℃，并向精煉鋼液中加入錳、鎳、硅并攪拌均勻，然后保溫1.5h，制成混合鋼液a。
66.進(jìn)一步的，在上述技術(shù)方案中，所述步驟3中，成分調(diào)整時，維持混合鋼液溫度在1330℃，持續(xù)時間設(shè)置為2h。
67.進(jìn)一步的，在上述技術(shù)方案中，所述步驟5中，首先以250℃/h的升溫速度將模具鋼錠升溫至600℃，然后以200℃/h的升溫速度將模具鋼錠升溫至850℃。
68.進(jìn)一步的，在上述技術(shù)方案中，所述步驟7中，首先將模具鋼錠置入混合淬火液中，維持混合淬火液的溫度在60攝氏度以下，模具鋼錠溫度降低至500℃左右時，取出模具鋼錠空冷至400℃左右，再次將模具鋼錠置入混合淬火液中，待模具鋼錠溫度減低至250℃，再次取出模具鋼錠空冷至180℃，最后將模具鋼錠置入混合淬火液中冷卻至常溫，然后將模具鋼錠置入清水中清洗，最后將取出模具鋼錠，將清洗液倒入混合淬火液中，對混合淬火液進(jìn)行補充。
69.實施例4
70.與實施例2相同，不同的是步驟6中，將水和聚丙烯酸鈉以8:1的質(zhì)量比混合均勻，制備淬火液a，將水和氯化鈣以7:2的質(zhì)量比混合均勻，制備淬火液b，然后將淬火液a和淬火液b以3:2的質(zhì)量比混合均勻，制備混合淬火液。
71.實施例5
72.與實施例2相同，不同的是步驟6中，將水和聚丙烯酸鈉以8:1的質(zhì)量比混合均勻，制備淬火液a，將水、氯化鈣和氯化鈉以7:1:1的質(zhì)量比混合均勻，制備淬火液b，然后將淬火液a和淬火液b以3:2的質(zhì)量比混合均勻，制備混合淬火液。
73.實施例5
?
10
74.與實施例1
?
5相同，不同的是步驟5中，將模具鋼錠加熱至1100℃，然后并保溫6h，對模具鋼錠進(jìn)行均勻化處理，使模具鋼錠內(nèi)部成分均勻化，然后隨爐冷卻至290℃，最后室溫冷卻至常溫。
75.分別取上述實施例1
?
10所制得模具鋼錠，逐漸加溫到600℃、700℃和800℃，統(tǒng)計其硬度，同時統(tǒng)計混合淬火液中的原料損耗，得到以下數(shù)據(jù)：
[0076][0077]
由上表可知，實施例10中原料配合比例適中，模具鋼在升溫到600℃硬度依舊高達(dá)66，隨著溫度的升高，其硬度的下降較低，同時混合淬火液在使用后其內(nèi)部原料依舊高達(dá)96％，混合淬火液的損耗較少，混合淬火液利用率更高。
[0078]
雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實施例對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進(jìn)，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。