温挤压模具材料的突破.docVIP

温挤压模具材料的突破 彭永辉 一、前言 温挤压成形技术是近年来新兴的高技术产业，在发达工业国家得到广泛的应用。它具有节约原材料，提高产品质量，简化工序降低生产成本等优点，由于我国在挤压模具方面停留在高速钢、普通热作模具钢水平，严重阻碍了温挤压技术的推广应用。 高温合金材料在600℃－1000℃温度区间，具有高强度，优良塑韧性，长期工作在无冷却环境下等特点，是温挤压的首选材料。 二、温挤压工艺 温挤压塑性成形工艺同时具有冷挤压与热挤压成形的优点。 １、温挤压塑性成形时，毛坯的变形抗力比冷挤压小，所需的压力机吨位较小。 ２、温挤压克服了冷挤压只能加工合金比低的低碳钢的缺点，适用于各种碳含量和合金含量的钢种。 ３、温挤压便于组织连续生产，省去了冷挤压工艺的软化退火，磷皂化处理；热挤压工艺的后部机加工等工序，极大的降低生产成本。 ４、特别是在制造工序复杂的非轴对称的异形零件时，温挤压可发挥巨大的优势。 ５、与热挤压工艺相比，加热温度低，节省能源，表面无氧化皮，光洁度高，尺寸精确，省去机加工费用避免破坏金属流线，更重要的是节约金属，随着原材料价格逐年上涨，此项优势越来越明显。 ６、由于加热温度低，晶粒不长大，在挤压过程中充分细化，形成具有良好流线的纤维组织，使金属的力学性能显著提高。大大优于热挤压工艺生产的产品。 三、加热温度选择 普通碳钢在600℃ 以下时氧化较缓慢，当超过800 ℃ 以上时氧化才显著增加；不锈钢在700℃ 以下不氧化，氧化开始温度在850 以上。所以，碳钢及合金结构钢适合的挤压温度在600℃－700℃区间，而不锈钢，模具钢的挤压温度一般选择在700℃－800℃区间。如果采用快速感应加热或毛坯加热前涂有固体润滑剂，都可减轻毛坯加热时的氧化。 热挤压工艺技术要求在工作温度下模具σ0.2 ＞ 材料的σb，我们把几种常用材料在高温500-900℃强度作比较，见下图： 从图中可以看出在600℃以上，也就是温挤压最佳工作温度区间，IN718合金强度远远高于高速钢、模具钢及碳钢，完全能满足恶劣的工况要求。 四、模具材料选择 温挤压工艺加热温度选择的一般原则是在不发生严重氧化的情况下，尽量选择高的加热温度，这有利于产品的热成型。但是这就对模具材料提出了非常高的要求。 1、超过400℃发生氧化的材料 此类材料需要在400℃以下进行温挤压，可采用冷挤压模具材料，如D2(Cr12MoV)等。 ２、超过550℃发生氧化的材料 此类材料需要在400℃---550℃区间加热进行温挤压，可采用热作模具钢及高速钢，如：H11, H13, W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2(M2)等。 ３、超过850℃发生氧化的材料 此类材料需要在550℃-850℃区间加热进行温挤压，适用材料为高温合金材料，现阶段应用较好的牌号有IN718，TH66等。 此类材料主要应用于航空发动机动力涡轮部分，工作环境恶劣，高温（600℃---1000℃）、大应力、强氧化、长期连续工作（燃气轮机工作时间达5万小时）。而热作模具钢及高速钢等这类普通材料在550℃ 以上发生相变，强度急剧下降。为了能维持生产的正常进行，只好采用频繁冷却的手段使模具温度不超过550℃，但这样做的致命缺点是很快就产生冷热疲劳裂纹，导致模具龟裂报废。而高温合金材料主要是以Ni，Co为基体，添加W、Mo、Cr固溶强化，添加Al、Ti、 Nb进行时效强化，添加V、B、Ce、Zr等进行晶间强化，它的主要强化相 γ｀（Ni3AlTi）相析出峰在700℃-900℃，所以在此区间既有高强度又避免冷却带来的裂纹，同时省掉了冷却工序。值得一提的是，由于该模具材料塑韧性好，没有龟裂现象，局部磨损部位可以通过补焊工艺进行修补，模具寿命大大延长。 五、普通模具钢与高温合金模具寿命及成本比较 我们在四柱液压机上挤压生产钎头，原材料为退火磨光的42CrMo轧材，涂润滑剂后快速感应加热700℃后进行挤压生产。模具材料为H13和高温合金IN718合金制造的凹模。 表1 材料 寿命 （件） 班产 （件） 模具材料费 （元／公斤） 模具加工费 （元／件） 成品摊销模具费 （元／件） H13 1600-2000 600 25 1600 0．875 IN718 80000 1500 400 2400 0．148 从表中可以看出,在600℃以上普通模具钢的寿命非常不理想，正是由于这个原因阻碍了温挤压工艺在国内的推广，而高温合金模具很好的解决了这一问题。每件制成品摊销的高温合金模具成本远远低于普通模具钢的模具成本，特别适合工业化生产。该模具材料特别适合小型加工企业，只需要切断、加热及挤压设备就能生产出优质、低成本产品，具有极强的市场竞争力。 六、结语 高温合金模具满足了温挤压工艺在加热温度550℃以上对模具的苛刻要求，