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行對比，補充缺失，對混合鋼液的成分進行調(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
?
1100℃，然后并保溫4
?
6h，對模具鋼錠進行均勻化處理，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，然后進行兩次升溫，結(jié)束后保溫，進行均勻化處理，然后通過混合淬火液對模具鋼錠進行多次降溫淬火，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?；诒景l(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行對比，補充缺失，對混合鋼液的成分進行調(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行淬火處理。
34.進一步的，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行對比，補
充缺失，對混合鋼液的成分進行調(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行淬火處理。
49.進一步的，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行對比，補充缺失，對混合鋼液的成分進行調(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行淬火處理。
64.進一步的，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，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，均屬于本發(fā)明要求保護的范圍。