溫?cái)D壓模具材料的突破

1、溫?cái)D壓模具材料的突破彭永輝一、前言溫?cái)D壓成形技術(shù)是近年來(lái)新興的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，在發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)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(jiǎn)化工序降低生產(chǎn)成本等優(yōu)點(diǎn)，由于我國(guó)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?cái)D壓技術(shù)的推廣應(yīng)用。高溫合金材料在6001000溫度區(qū)間，具有高強(qiáng)度，優(yōu)良塑韌性，長(zhǎng)期工作在無(wú)冷卻環(huán)境下等特點(diǎn)，是溫?cái)D壓的首選材料。二、溫?cái)D壓工藝溫?cái)D壓塑性成形工藝同時(shí)具有冷擠壓與熱擠壓成形的優(yōu)點(diǎn)。、溫?cái)D壓塑性成形時(shí)，毛坯的變形抗力比冷擠壓小，所需的壓力機(jī)噸位較小。、溫?cái)D壓克服了冷擠壓只能加工合金比低的低碳鋼的缺點(diǎn)，適用于各種碳含量和合金含量的鋼種。、溫?cái)D壓便于組織

2、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(jī)加工等工序，極大的降低生產(chǎn)成本。、特別是在制造工序復(fù)雜的非軸對(duì)稱的異形零件時(shí)，溫?cái)D壓可發(fā)揮巨大的優(yōu)勢(shì)。、與熱擠壓工藝相比，加熱溫度低，節(jié)省能源，表面無(wú)氧化皮，光潔度高，尺寸精確，省去機(jī)加工費(fèi)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(jià)格逐年上漲，此項(xiàng)優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯。、由于加熱溫度低，晶粒不長(zhǎng)大，在擠壓過(guò)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)品。三、加熱溫度選擇普通碳鋼在600 以下時(shí)氧化較緩慢，當(dāng)超過(guò)800 以上時(shí)氧化才顯著增加；不銹鋼在700 以下不氧化，氧化開(kāi)

3、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600700區(qū)間，而不銹鋼，模具鋼的擠壓溫度一般選擇在700800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(rùn)滑劑，都可減輕毛坯加熱時(shí)的氧化。熱擠壓工藝技術(shù)要求在工作溫度下模具0.2 材料的b，我們把幾種常用材料在高溫500-900強(qiáng)度作比較，見(jiàn)下圖：從圖中可以看出在600以上，也就是溫?cái)D壓最佳工作溫度區(qū)間，IN718合金強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高速鋼、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?cái)D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(duì)模具材料提出了非常高的

4、要求。1、超過(guò)400發(fā)生氧化的材料此類材料需要在400以下進(jìn)行溫?cái)D壓，可采用冷擠壓模具材料，如D2(Cr12MoV)等。 、超過(guò)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?cái)D壓，可采用熱作模具鋼及高速鋼，如：H11, H13, W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2(M2)等。、超過(guò)850發(fā)生氧化的材料 此類材料需要在550-850區(qū)間加熱進(jìn)行溫?cái)D壓，適用材料為高溫合金材料，現(xiàn)階段應(yīng)用較好的牌號(hào)有IN718，TH66等。此類材料主要應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力渦輪部分，工作環(huán)境惡劣，高溫（600-1000）、大應(yīng)力、強(qiáng)氧化、長(zhǎng)期連續(xù)工作（燃?xì)廨啓C(jī)工作時(shí)間達(dá)5萬(wàn)小時(shí)）。而熱作模具鋼及高

5、速鋼等這類普通材料在550 以上發(fā)生相變，強(qiáng)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(guò)550，但這樣做的致命缺點(diǎn)是很快就產(chǎn)生冷熱疲勞裂紋，導(dǎo)致模具龜裂報(bào)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(qiáng)化，添加Al、Ti、 Nb進(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化，添加V、B、Ce、Zr等進(jìn)行晶間強(qiáng)化，它的主要強(qiáng)化相 （Ni3AlTi）相析出峰在700-900，所以在此區(qū)間既有高強(qiáng)度又避免冷卻帶來(lái)的裂紋，同時(shí)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(méi)有龜裂現(xiàn)象，局部磨損部位可以通過(guò)補(bǔ)焊工藝進(jìn)行修補(bǔ)，模具壽命大大延長(zhǎng)。五、普通模具鋼與高溫合金模具壽命及成

6、本比較我們?cè)谒闹簤簷C(jī)上擠壓生產(chǎn)釬頭，原材料為退火磨光的42CrMo軋材，涂潤(rùn)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(fèi)（元公斤）模具加工費(fèi)（元件）成品攤銷模具費(fèi)（元件）H131600-2000 600 251600 0875 IN71880000150040024000148 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(gè)原因阻礙了溫?cái)D壓工藝在國(guó)內(nèi)的推廣，而高溫合金模具很好的解決了這一問(wèn)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(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。六、結(jié)語(yǔ)高溫合金模具滿足了溫?cái)D壓工藝在加熱溫度550以上對(duì)模具的苛刻要求，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)550-1000擠壓模具材料的空白，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。溫?cái)D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