一种塑料模具钢板及其加工方法及步骤

　　本发明涉及模具钢板技术领域，具体是一种塑料模具钢板及其加工方法。

　　背景技术：

　　模具是工业产品批量生产的基础工艺装备，机械制造工业零件粗加工的70％，精加工的5％都需要模具来完成。塑料模具钢是重要的模具材料，广泛应用于家用电器、电子及通讯设备、塑料制品、汽车摩托车等各类行业。模具钢通常可以分为热作模具钢、冷作模具钢和塑料模具钢三大类产品。热冲压模具钢属于热作模具钢类，主要用于获得超高强度冲压件，是近三十年使用量急剧上升和消耗最大的模具钢之一，它的工况条件复杂。

　　我国过去无专用的塑料模具钢，一般塑料模具用正火的45钢和40cr钢经调质后制造，因而模具硬度低、耐磨性差，表面粗糙度值高，加工出来的塑料产品外观质量较差，而且模具使用寿命低；精密塑料模具及硬度高的塑料模具采用crwmo、cr12mov等合金工具钢制造，不仅机械加工性能差，而且难以加工复杂的型腔，更无法解决热处理变形问题。由此，国内对专用塑料模具用钢进行了研制，并获得了一定的进展。我国已有了自己的专用模具钢系列，目前已纳入国家标准的有两种，即3cr2mo和3cr2mnnimo，纳入行业标准的已有20多种，已在生产中推广应用十多种新型塑料模具钢，初步形成了我国塑料模具用钢体系。目前市场上常用的塑料模具钢板难以满足较高的导热率、热强度、耐磨损、冲击韧性、淬透性和热稳定性和抗冷热疲劳性能等要求。

　　以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

　　技术实现要素：

　　本发明针对现有塑料模具钢板存在的不足，提供一种塑料模具钢板及其加工方法。该模具钢板通过对配方进行优化后，再结合火焰喷涂和激光重熔处理，不仅使得模具具有优异的力学性能，还能显著提高模具钢板的抗磨损性、抗疲劳性及高温抗氧化性。

　　为了实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：

　　一种塑料模具钢板，所述模具钢板的化学成分按重量百分比计为：c：0.35～0.45%；si：0.35～0.50%；mn：0.80～1.2%；mo：0.45～0.75%；,cr0.35-0.45%；v：0.45～0.7%；bi0.05～0.15%；co0.15～0.25%；w0.05～0.15%；er：0.15～0.25%；y：0.05～0.15%；余量fe。

　　本发明所述塑料模具钢板的加工方法，包括如下步骤：

　　（1）按照上述比例称取c、si、mn、mo、cr、v、bi、fe原料，放入电弧炉内熔炼，精炼后再真空条件下浇注钢锭，钢锭冷却后以820-850℃进行退火去应力处理，制得电极坯；

　　（2）将电极坯置于电渣重熔在惰性气体保护下置于电渣重熔炉中进行电渣重熔处理得电渣锭；再将电渣锭820-850℃进行退火处理；

　　（3）将电渣锭放入高频感应熔炼炉中，加热至1250-1350℃，保温5-8h后冷却至1000-1050℃后进行多向锻造加工，锻制成模块，之后将锻件以820-850℃进行完全退火处理；

　　（4）对锻件加热至材料的固溶温度1050-1150℃，保温200-300分钟；之后将锻件缓冷至约850-870℃进行球化退火处理；

　　（5）将co、w、er和y加入球磨机球磨，得复合粉末；然后采用火焰喷涂在锻件表面喷涂复合粉末，喷涂完成后再通过激光重熔处理，即加工得塑料模具钢板。

　　优选的，所述球磨处理是在球料比为5:1，转速为150-300r/min下球磨30-60min。

　　优选的，所述激光重熔是在激光功率为400～600w，扫描速度v为100-200mm/min，光斑直径d为1.5～3mm，保护气流l为10～20l/min下激光重熔。

　　优选的，所述火焰喷涂是在压力为0.6-0.8mpa、距离为30-50mm、氧气压力为1.25-1.35mpa、喷枪移动速度为20-30mm/s进行。

　　优选的，所述锻件进行火焰喷涂之前先用用砂纸打磨至光滑，用丙酮进行超声清洗。

　　优选的，所述激光重熔为二次或三次重熔。

　　与现有技术相比，本发明的优点及有益效果为：

　　1、本发明通过在模具钢板材料中加入bi、co、w、er和y等元素，且经过调整各化学原料的配比，制得的模具具有高强度、高热导率、耐冲击、热稳定性好、耐磨损性能好、抗冷热疲劳性能等性能。

　　2、本发明模具钢板的加工方法还经过火焰喷涂和激光重熔处理，在模具钢板表面喷涂co、w、er和y，显著钢板的抗冷热疲劳性、耐磨损性和热稳定性，市场前景广阔。

　　具体实施方式

　　下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

　　实施例1

　　一种塑料模具钢板，所述模具钢板的化学成分按重量百分比计为：c：0.42%；si：0.35%；mn：1.00%；mo：0.65%；cr0.42%；v：0.65%；bi0.12%；co0.20%；w0.10%；er：0.23%；y：0.09%；余量fe。

　　所述塑料模具钢板的加工方法，包括如下步骤：

　　（1）按照上述比例称取c、si、mn、mo、cr、v、bi、fe原料，放入电弧炉内熔炼，精炼后再真空条件下浇注钢锭，钢锭冷却后以830℃进行退火去应力处理，制得电极坯；

　　（2）将电极坯置于电渣重熔在惰性气体保护下置于电渣重熔炉中进行电渣重熔处理得电渣锭；再将电渣锭830℃进行退火处理；

　　（3）将电渣锭放入高频感应熔炼炉中，加热至1300℃，保温6h后冷却至1080℃后进行多向锻造加工，锻制成模块，之后将锻件以850℃进行完全退火处理；

　　（4）对锻件加热至材料的固溶温度1100℃，保温300分钟；之后将锻件缓冷至约850℃进行球化退火处理；

　　（5）将co、w、er和y加入球磨机在球料比为5:1，转速为300r/min下球磨60min，得复合粉末；然后采用火焰喷涂在锻件表面喷涂复合粉末，喷涂完成后再通过激光重熔处理，即加工得塑料模具钢板。所述火焰喷涂是在压力为0.6mpa、距离为30mm、氧气压力为1.30mpa、喷枪移动速度为25mm/s进行。所述激光重熔是在激光功率为600w，扫描速度v为150mm/min，光斑直径d为2.5mm，保护气流l为15l/min下激光重熔。

　　实施例2

　　一种塑料模具钢板，所述模具钢板的化学成分按重量百分比计为：c：0.38%；si：0.46%；mn：1.18%；mo：0.58%；cr0.38%；v：0.55%；bi0.08%；co0.16%；w0.12%；er：0.15%；y：0.13%；余量fe。

　　所述塑料模具钢板的加工方法，包括如下步骤：

　　（1）按照上述比例称取c、si、mn、mo、cr、v、bi、fe原料，放入电弧炉内熔炼，精炼后再真空条件下浇注钢锭，钢锭冷却后以850℃进行退火去应力处理，制得电极坯；

　　（2）将电极坯置于电渣重熔在惰性气体保护下置于电渣重熔炉中进行电渣重熔处理得电渣锭；再将电渣锭850℃进行退火处理；

　　（3）将电渣锭放入高频感应熔炼炉中，加热至1250℃，保温8h后冷却至1050℃后进行多向锻造加工，锻制成模块，之后将锻件以850℃进行完全退火处理；

　　（4）对锻件加热至材料的固溶温度1050℃，保温250分钟；之后将锻件缓冷至约870℃进行球化退火处理；

　　（5）将co、w、er和y加入球磨机在球料比为5:1，转速为200r/min下球磨60min，得复合粉末；然后采用火焰喷涂在锻件表面喷涂复合粉末，喷涂完成后再通过激光重熔处理，即加工得塑料模具钢板。所述火焰喷涂是在压力为0.8mpa、距离为40mm、氧气压力为1.25mpa、喷枪移动速度为30mm/s进行。所述激光重熔是在激光功率为500w，扫描速度v为200mm/min，光斑直径d为2.0mm，保护气流l为20l/min下激光重熔。

　　实施例3

　　一种塑料模具钢板，所述模具钢板的化学成分按重量百分比计为：c：0.45%；si：0.38%；mn：0.8%；mo：0.65%；cr0.42%；v：0.65%；bi0.12%；co0.24%；w0.08%；er：0.22%；y：0.08%；余量fe。

　　所述塑料模具钢板的加工方法，包括如下步骤：

　　（1）按照上述比例称取c、si、mn、mo、cr、v、bi、fe原料，放入电弧炉内熔炼，精炼后再真空条件下浇注钢锭，钢锭冷却后以850℃进行退火去应力处理，制得电极坯；

　　（2）将电极坯置于电渣重熔在惰性气体保护下置于电渣重熔炉中进行电渣重熔处理得电渣锭；再将电渣锭850℃进行退火处理；

　　（3）将电渣锭放入高频感应熔炼炉中，加热至1350℃，保温5h后冷却至1050℃后进行多向锻造加工，锻制成模块，之后将锻件以850℃进行完全退火处理；

　　（4）对锻件加热至材料的固溶温度1050℃，保温250分钟；之后将锻件缓冷至约850℃进行球化退火处理；

　　（5）将co、w、er和y加入球磨机在球料比为5:1，转速为300r/min下球磨30min，得复合粉末；然后采用火焰喷涂在锻件表面喷涂复合粉末，喷涂完成后再通过二次激光重熔处理，即加工得塑料模具钢板。所述火焰喷涂是在压力为0.6mpa、距离为30mm、氧气压力为1.25mpa、喷枪移动速度为25mm/s进行。所述激光重熔是在激光功率为400w，扫描速度v为150mm/min，光斑直径d为3.0mm，保护气流l为15l/min下激光重熔。

　　实施例4

　　一种塑料模具钢板，所述模具钢板的化学成分按重量百分比计为：c：0.35%；si：0.42%；mn：1.2%；mo：0.58%；cr0.35%；v：0.55%；bi0.08%；co0.20%；w0.12%；er：0.25%；y：0.12%；余量fe。

　　所述塑料模具钢板的加工方法，包括如下步骤：

　　（1）按照上述比例称取c、si、mn、mo、cr、v、bi、fe原料，放入电弧炉内熔炼，精炼后再真空条件下浇注钢锭，钢锭冷却后以820℃进行退火去应力处理，制得电极坯；

　　（2）将电极坯置于电渣重熔在惰性气体保护下置于电渣重熔炉中进行电渣重熔处理得电渣锭；再将电渣锭820℃进行退火处理；

　　（3）将电渣锭放入高频感应熔炼炉中，加热至1050℃，保温8h后冷却至1050℃后进行多向锻造加工，锻制成模块，之后将锻件以850℃进行完全退火处理；

　　（4）对锻件加热至材料的固溶温度1150℃，保温200分钟；之后将锻件缓冷至约850℃进行球化退火处理；

　　（5）将co、w、er和y加入球磨机在球料比为5:1，转速为150r/min下球磨45min，得复合粉末；然后采用火焰喷涂在锻件表面喷涂复合粉末，喷涂完成后再通过激光重熔处理，即加工得塑料模具钢板。所述火焰喷涂是在压力为0.6mpa、距离为30mm、氧气压力为1.25mpa、喷枪移动速度为25mm/s进行。所述激光重熔是在激光功率为400w，扫描速度v为150mm/min，光斑直径d为3.0mm，保护气流l为15l/min下激光重熔。

　　将上述实施例制得的热冲压模具按照行业标准检测其性能，对比例为实施例1制备的锻件不经过步骤（5）处理，直接在步骤（1）加入所有元素经过步骤（1）-步骤（4）制成模具。测试结果如表1所示。

　　表1：本发明塑料模具钢板的性能测试结果

　　从上述测试结果得知，本发明制得的塑料模具钢板具有高强度、高热导率、耐冲击、热稳定性好、耐磨损性能好、抗冷热疲劳性能等性能，与未经火焰喷涂和激光重熔处理制得的模具各项性能显著提高。

　　以上内容是结合具体的/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施例做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应视为属于本发明的保护范围。

　　技术特征：

　　技术总结

　　本发明公开了一种塑料模具钢板及其加工方法，所述模具钢板的化学成分按重量百分比计为：C：0.35～0.45%；Si：0.35～0.50%；Mn：0.80～1.2%；Mo：0.45～0.75%；Cr0.35?0.45%；V：0.45～0.7%；Bi0.05～0.15%；Co?0.15～0.25%；W?0.05～0.15%；Er：0.15～0.25%；Y：0.05～0.15%；余量Fe。本发明通过在模具合金材料中加入Bi、Co、W、Er和Y等元素，且经过调整各化学原料的配比，制得的模具具有高强度、高热导率、耐冲击、热稳定性好、耐磨损性能好、抗冷热疲劳性能等性能；其加工方法还经过火焰喷涂和激光重熔处理，显著提高模具钢板的抗冷热疲劳性、耐磨损性和热稳定性。

　　技术研发人员：房雪莲;丛爱君;陈立平;刘印范

　　受保护的技术使用者：青岛东盛高科模塑技术有限公司

　　技术研发日：2019.06.02

　　技术公布日：2019.09.13