专利名称：汽车覆盖件模具用合金灰铁材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车覆盖件模具用合金灰铁材料及其制备方法，属合金铸铁材料制造工艺技术领域。
背景技术：
汽车覆盖件凹模、凸模和压边圈等模具属拉深模，在工作过程中，要承受强烈的摩擦、径向应力及压缩应力，经常因为尺寸磨损和表面产生沟槽而报废，因此要求覆盖件模具应该具有较高的硬度和耐磨性。由于其尺寸较大且形态复杂，通常采用合金铸铁铸造而成，其中Cr-Mo铸铁因具有良好的综合性能而得到广泛应用。但是由这类合金铸铁浇铸出的覆盖件模具在进行表面处理后，如火焰淬火后，在生产使用过程中经常出现冲压出的覆盖件表面精度不够或者尺寸偏差等现象。造成这些情况的主要原因是由于模具材料成分、组织控制不当而引起模具最后淬火不良硬度不够的情况发生。因此，如何获得高品质的汽车覆盖件模具材料及模具毛坯对于提高模具使用寿命至关重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种汽车覆盖件模具用合金灰铁材料及其制备方法。本发明的另一目的是改进现有传统使用Cr-Mo铸铁成分，并且提高模具材料最后淬火硬度以满足使用要求。
本发明一种汽车覆盖件模具用合金灰铁材料，其特征是具有以下的化学组成(重量％)；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余量本发明一种汽车覆盖件模具用合金灰铁材料的制备方法，其特征是具有以下的工艺过程和步骤a.按上述化学组成要求进行配料，将配好的材料放置于中频感应电炉内进行熔炼，熔炼温度为1300～1450℃；b.将所制得的铸件进行表面淬火处理，可进行表面音频感应淬火处理工艺，音频感应热处理温度控制在850～950℃范围内，随后在空气中骤冷淬火；音频感应电电源的使用频率为10-25KHz，输出功率为20-28KW。
本发明合金灰铁材料的化学组成其确定和设计的依据是C是产生高碳相的基础，其生成的石墨对基体的割裂作用和铸造应力集中的有害影响在铸件承受压应力作用时较小，所以铸铁的抗拉强度较高，适用于制造在压应力作用下工作的拉深模。另外，石墨的存在已经造成大量的内缺口，因此，铸铁还具有缺口不敏感的特点，但是随着C的增加，铸铁的石墨化程度增加而变得粗大，珠光体减少而铁素体增加，硬度减小，故C应在3.2％以下，以2.8～3.2％为宜。
Si是促进C石墨化的元素，溶于铁素体中，使铁素体的强度和硬度均有提高，塑性相应有所降低，但Si含量较高时会使机械性能下降，控制在1.8～2.2％范围内。
Mn能溶于铁素体和渗碳体，增强铁和碳原子的结合力，因而它是阻碍石墨化促进碳化物形成的元素，而且它是稳定珠光体元素，能提高强度、硬度及耐磨性，但Mn含量过高会使脆性增加，另外Mn可与S化合抵消一部分S的有害作用，故Mn的含量应根据原始铁水中S的含量等因素综合考虑，控制在0.6～0.9％。
Cu能减小铸铁对断面的敏感性，改善石墨形态，促进珠光体的形成，并细化珠光体，提高珠光体的显微硬度，从而增加铸铁的耐磨性，Cu能改善韧性，产生良好的耐蚀性和导热性，与Mn、Si合用可增加流动性，有利浇铸成型，并能细化石墨，但Cu的含量过高会产生热裂倾向，故以0.2～1.0％为宜。
Cr为反石墨化作用元素，缩小γ区，有利于提高耐磨性和保持高温强度，并且Cr可增加材料的淬透性，虽然作用不如Mn和Mo，但是成本效益很高。但Cr容易促使晶粒长大，并且是碳化物的稳定元素，因此，控制在0.1～0.5％。
Mo是一种强淬透性添加剂，能细化珠光体和石墨，抗腐蚀和氧化能力较好，但Mo稳定碳化物，能强化铁素体，因此控制在0.1～0.5％。
Ni在铸铁中有轻微的石墨化作用，能溶于液体铁及奥氏体，降低奥氏体转变温度，扩大奥氏体区，细化并增加珠光体，并且是较好的淬透性添加剂，能够有效的改善低温性能，但Ni较贵，因此控制在0.3～0.5％。
S和P为有害元素，其含量均应控制在最低限度，以免产生恶化铸铁性能的不良后果，应使P＜0.08％，S＜0.03％。
本发明方法制得的合金灰铁材料具有较强的工艺加工性能和自硬性能力，在850～950℃温度范围内音频感应空淬表面硬度可达到HRC50，淬硬层深度超过2.5mm。并且铸态硬度为HB230，具有良好的机械加工性，完全适用于要求高硬度和高耐磨性表面的汽车覆盖件模具。
本发明方法制得的合金灰铁材料，其单铸试样的抗拉强度在290～330mg/mm2范围内。
具体实施例方式
现将本发明的实施例叙述于后。
实施例1采用合金灰铁的化学组成(重量％)如下C 3.2，Si 2.2，Mn 0.8，Cr 0.5，Cu 1.0，Mo 0.5，Ni 0.5，P＜0.08，S＜0.03，Fe余量将配合料放于中频感应电炉中熔炼，熔炼温度为1350℃。制得的铸件，其尺寸为φ60×150mm，作为试样；然后采用音频感应加热设备进行表面淬火处理，温度控制在850～950℃范围，冷却方式为空气冷却，使用频率为10-25KHz，输出功率为20-24KW。
经表面感应淬火后，测试结果，其表面平均硬度为52HRC，淬硬层深度为2.75mm。
实施例2采用合金灰铁的化学组成(重量％)如下C 3.0，Si 2.0，Mn 0.7，Cr 0.3，Cu 0.6，Mo 0.3，Ni 0.4，P＜0.08，S＜0.03，Fe余量本实施例中的制备方法与上述实施例1完全相同。
经表面感应淬火后，测试结果，其表面平均硬度为50HRC，淬硬层深度为2.69mm。
实施例3采用合金灰铁的化学组成(重量％)如下C 2.8，Si 1.8，Mn 0.6，Cr 0.1，Cu 0.2，Mo 0.1，Ni 0.3，P＜0.08，S＜0.03，Fe余量本实施例中的制备方法与上述实施例1完全相同。
经表面感应淬火后，测试结果，其表面平均硬度为51HRC，淬硬层深度为2.83mm。
权利要求
1.一种汽车覆盖件模具用合金灰铁材料，其特征是具有以下的化学组成及重量百分含量为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
2.如权利要求1所述的一种汽车覆盖件模具用合金灰铁材料的制备方法，其特征是具有以下的工艺过程和步骤a.按上述化学组成要求进行配料，将配合料放置于中频感应电炉内进行熔炼，熔炼温度为1300～1450℃；b.将所制得的铸件进行表面处理，即进行表面音频感应淬火处理工艺，在音频感应炉内加热并制在850～950℃温度范围内，随后在空气中骤冷淬火；音频感应电炉的使用频率为10-25KHz，输出功率为20-28KW。
全文摘要
本发明涉及一种汽车覆盖件模具用合金灰铁材料及其制备方法，属合金铸铁材料制造工艺技术领域。本发明合金灰铁材料具有以下的化学组成(重量％)为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。其制备方法如下按上述化学组成要求进行配料，将配合料置于中频感应炉内进行熔炼，熔炼温度为1300～1450℃。将制得的铸件进行表面音频感应淬火处理，在850～950℃加热，然后在空气中骤冷淬火；音频感应电源的频率为10－25KHz，输出功率为20－28KW。经表面感应淬火后，其表面硬度可达50HRC左右，淬硬层深度可超过2.5mm，并且铸态硬度为HB230，该材料具有良好的机械加工性能，完全适用于高硬度和高耐磨性表面要求的汽车覆盖件模具。
文档编号C22C38/44GK1693525SQ20051002585
公开日2005年11月9日 申请日期2005年5月17日 优先权日2005年5月17日
发明者吴晓春, 杨行玉, 闵永安 申请人:上海大学