CN101708666A - 合金钢复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
一种合金钢复合材料，包括铁钒合金钢和中碳合金钢，其中铁钒合金钢为覆层，覆盖于以中碳合金钢为材质的基体上。高钒的Fe-V合金覆层先经渗碳处理，以提高覆层的硬度和耐磨性，再覆于中碳合金钢基体上，即能保证材料基体的强度，又使材料具有韧性。尤其是经后续热处理的复合模具材料的覆层Fe-V合金的硬度为HRC65以上，中碳合金钢的硬度为HRC55左右。经反复多次的研究和实践证明，该材料的使用寿命是常规冷作模具钢(Cr12)的2倍以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属复合材料，尤其涉及一种由两种合金钢复合而成的材料，及其该复合材料的制备方法与应用。
背景技术
模具是重要的成形加工装备，模具成形具有高效性、高精度、高一致性和低消耗等特点，是其它加工方法所不可比拟的。在机械、电子、轻工、汽车、建筑和航空航天等工业领域里，有60％-90％产品零件、组件和部件是利用模具生产加工的。当今，“模具就是产品质量”，“模具就是经济效益”的观念，已被越来越多的人所认识和接受。
钒与碳能形成钒碳碳化物，具有极高的硬度，赋予合金更强的耐磨性和耐冲击性。在名称为一种低碳低合金钢的中国专利申请中(02113061.2)，涉及的高钒高耐磨合金的成分重量百分数是：C：2.0-3.2；Si：1.0-1.5；Cr：7.0-12.0；Mn：0.8-1.2；V：8.0-15.0；S：≤0.05；Mo：0.8-1.5；P：≤0.07；其余是Fe和杂质。
模具的使用寿命是保证模具高效性、高质量性的关键。冲压模具的失效形式主要是磨损，因此，在保证模具强韧性的基础上，如何提高模具的硬度、耐磨性成了研究者不断追求的目标。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种合金钢复合材料，使用两种不同特性的合金钢，增强复合材料的硬度和耐磨性。
本发明的另一个目的是提供一种合金钢复合材料的制备方法。
本发明的另一个目的是提供一种用于模具的高硬度和高耐磨性的合金钢复合材料。
本发明所述的一种合金钢复合材料，包括铁钒(Fe-V)合金钢和中碳合金钢。以铁钒合金钢为覆层，覆盖于以中碳合金钢为材质的基体上。
优选的，所述的铁钒合金钢为高钒铁钒合金钢，其中元素V的质量百分数含量为5.80-6.00，其它化学成分(质量百分数)为：C：0.08-0.10；Si：0.030-0.034；Cr：0.010-0.015；Mn：0.20-0.25；V：5.80-6.00；S：≤0.01；P：≤0.008；其余是Fe和杂质；所述中碳合金钢为40CrMnMo，其的化学成分(质量百分数)为：C：0.37-0.45；Si：0.17-0.37；Mn：0.90-1.20；Mo：0.20-0.30；Cr：0.90-1.20；硬度：HB 285-341。
优选的，所述的铁钒合金钢为渗碳铁钒合金钢，其钒元素优选6.0wt％。
本发明所述的合金钢复合材料，其制备方法如下：
1)铁钒合金钢经冶炼和锻造后，最终轧制成厚度为0.83-0.85mm的板材；
2)将步骤1)得到的板材置于气体渗碳炉，在915-920℃下，渗碳4小时，渗碳碳势为1.05-1.15％C，之后迅速空气冷却；
3)将步骤2)所得的高钒渗碳铁钒合金钢覆于厚度为100-120mm的供应态40CrMnMo中碳合金钢，并焊接；
4)焊接后，在温度为1100-1120℃，保温10min，轧制的压下量为4.5-5.5mm；
5)之后，再在温度为1100-1120℃，保温30min，轧制的压下量为4.5-5.5mm，轧制后空气冷却；
6)最后，先经840-850℃油中淬火后，再经190-200℃回火2h。
当本发明所述的合金钢复合材料，其制备方法各参数之间具有一定的关联性，当采用如下方法制得的复合材料的耐磨性和硬度达到理想要求，步骤如下：
1)铁钒合金钢经冶炼和锻造后，最终轧制成厚度为0.83-0.85mm的板材；
2)将步骤1)得到的板材置于气体渗碳炉，在920℃下，渗碳4小时，渗碳碳势为1.1％C，之后迅速空气冷却；
3)将步骤2)所得的高钒渗碳铁钒合金钢覆于厚度为100-120mm的供应态40CrMnMo中碳合金钢，并焊接；
4)焊接后，在温度为1100℃，保温10min，轧制的压下量为5mm；
5)之后，再在温度为1100℃，保温30min，轧制的压下量为5mm，轧制后空气冷却；
6)最后，先经850℃油中淬火后，再经200℃回火2h。
由上述方法制得的合金钢复合材料的表面Fe-V合金硬度为HRC65以上，中碳合金钢的硬度为HRC55左右，作为模具的材料使用具有很强的耐磨性和很高的硬度，使用寿命是常规冷作模具钢(Cr12)的2倍以上。
本发明实现的有益效果：
本发明以渗碳高钒的Fe-V合金为覆层，利用组织中大量的细小均匀碳化物提高覆层的硬度和耐磨性，再以中碳合金钢为基体，即保证材料基体的强度，又使材料具有韧性。尤其是经后续热处理的复合模具材料的覆层Fe-V合金的硬度为HRC65以上，中碳合金钢的硬度为HRC55左右。经反复多次的研究和实践证明，该材料的使用寿命是常规冷作模具钢(Cr12)的2倍以上，具有很好的应用前景。
具体实施方式
以下详细描述本发明的技术方案。本发明实施例仅供说明具体方法，该方法的其规模不受实施例的限制。
实施例
将钒含量为6.0wt％的铁钒合金钢经冶炼和锻造后，最终轧制成厚度为0.8mm的板材。然后将板材置于气体渗碳炉，在920℃下，渗碳4小时，渗碳碳势为1.1％C，之后迅速空气冷却。接着将所得的高钒渗碳铁钒合金钢覆于厚度为100mm的供应态40CrMnMo中碳合金钢上，并焊接。焊接后，在温度为1100℃，保温10min，轧制的压下量为5mm。之后，再在温度为1100℃，保温30min，轧制的压下量为5mm，轧制后空气冷却。最后，先经850℃油中淬火，再经200℃回火2h。
经测定，复合模具材料的覆层Fe-V合金的硬度为HRC65以上，中碳合金钢的硬度为HRC55左右。经反复多次的研究和实践证明，该材料的使用寿命是常规冷作模具钢(Cr12)的2倍以上。
Claims (8)
1.一种合金钢复合材料，包括铁钒合金钢和中碳合金钢，其中铁钒合金钢为覆层，覆盖于以中碳合金钢为材质的基体上。
2.根据权利要求1所述的合金钢复合材料，其特征是所述的铁钒合金钢的钒含量为6.0wt％。
3.根据权利要求1所述的合金钢复合材料，其特征是所述的铁钒合金钢是渗碳铁钒合金钢。
4.根据权利要求1所述的合金钢复合材料，其特征是所述的中碳合金钢为40CrMnMo。
5.一种合金钢复合材料的制备方法，其步骤如下：
1)铁钒合金钢经冶炼和锻造后，最终轧制成厚度为0.83-0.85mm的板材；
2)将步骤1)得到的板材置于气体渗碳炉，在915-920℃下，渗碳4小时，渗碳碳势为1.05-1.15％C，之后迅速空气冷却；
3)将步骤2)所得的高钒渗碳铁钒合金钢覆于厚度为100-120mm的供应态40CrMnMo中碳合金钢，并焊接；
4)焊接后，在温度为1100-1120℃，保温10min，轧制的压下量为4.5-5.5mm；
5)之后，再在温度为1100-1120℃，保温30min，轧制的压下量为4.5-5.5mm，轧制后空气冷却；
6)最后，先经840-850℃油中淬火后，再经190-200℃回火2h。
6.根据权利要求5所述的合金钢复合材料的制备方法，其特征是所述的铁钒合金钢的钒含量为6.0wt％。
7.一种根据权利要求5或6所述的合金钢复合材料的制备方法制得的合金钢复合材料。
8.一种权利要求1-4和7之一所述的合金钢复合材料，其在模具中的应用。
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