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1、溫擠壓模具材料的突破彭永輝一、前言溫擠壓成形技術(shù)是近年來新興的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，在發(fā)達(dá)工業(yè)國家得到廣泛的應(yīng)用。它具有節(jié)約原材料，提高產(chǎn)品質(zhì)量，簡化工序降低生產(chǎn)成本等優(yōu)點，由于我國在擠壓模具方面停留在高速鋼、普通熱作模具鋼水平，嚴(yán)重阻礙了溫擠壓技術(shù)的推廣應(yīng)用。高溫合金材料在600℃－1000℃溫度區(qū)間，具有高強度，優(yōu)良塑韌性，長期工作在無冷卻環(huán)境下等特點，是溫擠壓的首選材料。二、溫擠壓工藝溫擠壓塑性成形工藝同時具有冷擠壓與熱擠壓成形的優(yōu)點。１、溫擠壓塑性成形時，毛坯的變形抗力比冷擠壓小，所需的壓力機噸位較小。２、溫擠壓克服了冷擠壓只能加工合金比低的
2、低碳鋼的缺點，適用于各種碳含量和合金含量的鋼種。３、溫擠壓便于組織連續(xù)生產(chǎn)，省去了冷擠壓工藝的軟化退火，磷皂化處理；熱擠壓工藝的后部機加工等工序，極大的降低生產(chǎn)成本。４、特別是在制造工序復(fù)雜的非軸對稱的異形零件時，溫擠壓可發(fā)揮巨大的優(yōu)勢。５、與熱擠壓工藝相比，加熱溫度低，節(jié)省能源，表面無氧化皮，光潔度高，尺寸精確，省去機加工費用避免破壞金屬流線，更重要的是節(jié)約金屬，隨著原材料價格逐年上漲，此項優(yōu)勢越來越明顯。６、由于加熱溫度低，晶粒不長大，在擠壓過程中充分細(xì)化，形成具有良好流線的纖維組織，使金屬的力學(xué)性能顯著提高。大大優(yōu)于熱擠壓工藝生產(chǎn)的產(chǎn)
3、品。三、加熱溫度選擇普通碳鋼在600℃以下時氧化較緩慢，當(dāng)超過800℃以上時氧化才顯著增加；不銹鋼在700℃以下不氧化，氧化開始溫度在850以上。所以，碳鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼適合的擠壓溫度在600℃－700℃區(qū)間，而不銹鋼，模具鋼的擠壓溫度一般選擇在700℃－800℃區(qū)間。如果采用快速感應(yīng)加熱或毛坯加熱前涂有固體潤滑劑，都可減輕毛坯加熱時的氧化。熱擠壓工藝技術(shù)要求在工作溫度下模具σ0.2＞材料的σb，我們把幾種常用材料在高溫500-900℃強度作比較，見下圖：從圖中可以看出在600℃以上，也就是溫擠壓最佳工作溫度區(qū)間，IN718合金強度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高
4、速鋼、模具鋼及碳鋼，完全能滿足惡劣的工況要求。四、模具材料選擇溫擠壓工藝加熱溫度選擇的一般原則是在不發(fā)生嚴(yán)重氧化的情況下，盡量選擇高的加熱溫度，這有利于產(chǎn)品的熱成型。但是這就對模具材料提出了非常高的要求。1、超過400℃發(fā)生氧化的材料此類材料需要在400℃以下進(jìn)行溫擠壓，可采用冷擠壓模具材料，如D2(Cr12MoV)等。２、超過550℃發(fā)生氧化的材料此類材料需要在400℃---550℃區(qū)間加熱進(jìn)行溫擠壓，可采用熱作模具鋼及高速鋼，如：H11,H13,W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2(M2)等。３、超過850℃發(fā)生氧化的材料此類材料需要在
5、550℃-850℃區(qū)間加熱進(jìn)行溫擠壓，適用材料為高溫合金材料，現(xiàn)階段應(yīng)用較好的牌號有IN718，TH66等。此類材料主要應(yīng)用于航空發(fā)動機動力渦輪部分，工作環(huán)境惡劣，高溫（600℃---1000℃）、大應(yīng)力、強氧化、長期連續(xù)工作（燃?xì)廨啓C工作時間達(dá)5萬小時）。而熱作模具鋼及高速鋼等這類普通材料在550℃以上發(fā)生相變，強度急劇下降。為了能維持生產(chǎn)的正常進(jìn)行，只好采用頻繁冷卻的手段使模具溫度不超過550℃，但這樣做的致命缺點是很快就產(chǎn)生冷熱疲勞裂紋，導(dǎo)致模具龜裂報廢。而高溫合金材料主要是以Ni，Co為基體，添加W、Mo、Cr固溶強化，添加Al、T
6、i、Nb進(jìn)行時效強化，添加V、B、Ce、Zr等進(jìn)行晶間強化，它的主要強化相γ｀（Ni3AlTi）相析出峰在700℃-900℃，所以在此區(qū)間既有高強度又避免冷卻帶來的裂紋，同時省掉了冷卻工序。值得一提的是，由于該模具材料塑韌性好，沒有龜裂現(xiàn)象，局部磨損部位可以通過補焊工藝進(jìn)行修補，模具壽命大大延長。五、普通模具鋼與高溫合金模具壽命及成本比較我們在四柱液壓機上擠壓生產(chǎn)釬頭，原材料為退火磨光的42CrMo軋材，涂潤滑劑后快速感應(yīng)加熱700℃后進(jìn)行擠壓生產(chǎn)。模具材料為H13和高溫合金IN718合金制造的凹模。表1材料壽命（件）班產(chǎn)（件）模具材料費（
7、元／公斤）模具加工費（元／件）成品攤銷模具費（元／件）H131600-20006002516000．875IN71880000150040024000．148從表中可以看出,在600℃以上普通模具鋼的壽命非常不理想，正是由于這個原因阻礙了溫擠壓工藝在國內(nèi)的推廣，而高溫合金模具很好的解決了這一問題。每件制成品攤銷的高溫合金模具成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通模具鋼的模具成本，特別適合工業(yè)化生產(chǎn)。該模具材料特別適合小型加工企業(yè)，只需要切斷、加熱及擠壓設(shè)備就能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)、低成本產(chǎn)品，具有極強的市場競爭力。六、結(jié)語高溫合金模具滿足了溫擠壓工藝在加熱溫度550℃以上
8、對模具的苛刻要求，填補了國內(nèi)550℃-1000℃擠壓模具材料的空白，實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。溫擠壓工藝避免了冷擠壓工藝繁復(fù)的前期工序；與熱擠壓工藝相比，縮短了機加工工序，材料整體利用率
