铝型材挤压模的选材及其热处理

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1、第 卷 第 期印 年 月国 外 金 属 热 处 理口 以 丑,阮 ,铝 型 材 挤 压 模 的 选 材 及 其 热 处 理江 苏 淮 钢 集 团 有 限 奋 司 淮 安 刘 阳 春摘 要 本 文 简 要 介 绍 了 中 合 金 格 系 热 作 模 具 钢 、 、 、 的 合 金 化 特 点 及 其 用 于 制 作 铝 型 材 挤 压 模 时 的热 处 理 工 艺 , 并 对 铝 挤 压 模 的 选 材 提 出 了 建 议 。关 键 词 铝 挤 压 模 、 热 作 模 具 钢 、 热 处 理 工 艺 、 模 具 寿 命前 言挤 制 铝 合 金 型 材 时 铝 挤 压 模 的 性 能 和 质 量

2、决 定了 铝 型 材 的 品 质 、 成 本 、 生 产 效 率 和 交 货 期 , 因 此 铝挤 压 模 的 设 计 、 选 材 、 加 工 、 热 处 理 与 正 确 使 用 就 成为 铝 挤 型 产 业 的 核 心 问 题 。 本 文 主 要 阐 述 铝 型 材 挤压 模 的 选 材 及 其 热 处 理 。铝 型 材 的 挤 压 过 程 是 一 种 高 温 、 高 负 荷 的 加 工作 业 过 程 , 铝 挤 压 模 承 受 极 其 严 酷 的 使 用 条 件铝 挤 压 模 承 受 高 温 作 用 , 表 层 温 度 可 达铝 挤 压 模 表 层 被 反 复 加 热 和 冷 却 , 产

3、生 热 疲劳挤 制 铝 合 金 , 最 大 挤 制 压 力 可 达 幻 一 田, 模 具 须 承 受 很 高 的 压 缩 、 弯 曲 及 剪 切 应 力 作 用易 产 生 粘 着 磨 损 和 摩 粒 磨 损 。因 此 适 用 于 铝 挤 压 模 的 材 料 应 至 少 具 备 项 基本 性 能高 温 下 具 备 高 的 屈 服 强 度 和 硬 度 , 从 而 具 有良 好 的 抵 抗 塑 性 变 形 的 能 力优 异 的 断 裂 韧 性 , 对 裂 纹 的 形 成 和 扩 展 具 有良 好 的 抵 抗 能 力高 回 火 抗 力 , 不 会 因 长 时 间 处 于 高 温 环 境 下而 明 显

4、软 化耐 磨 性 好 , 适 合 表 面 硬 化 处 理 , 以 改 良 表 面 特性 , 提 高 模 具 寿 命 。综 合 上 述 要 求 , 国 内 外 普 通 使 用 中 合 金 铬 系 热作 模 具 钢 制 作 铝 型 材 挤 压 模 , 使 用 效 果 令 人 满意 。 但 中 合 金 铬 系 热 作 模 具 钢 、 和 也 可以 用 来 制 作 铝 挤 压 模 , 某 些 场 合 下 会 获 得 更 高 的 使用 寿 命 。、 、 、 钢 中 的 合 金 元 素种 中 合 金 铬 系 热 作 模 具 钢 的 化 学 成 份 列 于 表表 一 、 、 、 钢 的 化 学 成 份 ,

5、。美 国 钢 号 中 国 钢 号目 沉 即 日 叉 印曰苗印 印巧,印妞 区日 叉面印阳 以从 表 可 以 看 出 , 这 种 钢 均 含 有 较 低 的 碳 量和 中 等 的 合 金 元 素 总 量 , 因 而 具 有 良 好 的 强 韧 性 。热 作 模 具 钢 的 强 化 是 多 种 强 化 机 制 综 合 作 用 、 相 互叠 加 的 结 果 , 其 强 化 机 制 大 致 包 括 间 隙 原 子 的 固 溶强 化 、 置 换 原 子 的 固 溶 强 化 、 细 晶 强 化 和 沉 淀 强 化 。种 钢 的 含 碳 量 均 在 一 之 间 , 因 而第 期 刘 阳 春 铝 型 材 挤

6、压 模 的 选 材 及 其 热 处 理钢 的 热 塑 性 好 , 易 于 锻 造 和 轧 制 。主 要 固 溶 于 基 体 中 , 不 形 成 碳 化 物 , 也 不 溶 于其 它 碳 化 物 , 除 提 高 钢 的 淬 透 性 外 , 有 助 于 提 高 在 高温 回 火 过 程 中 析 出 的 特 殊 碳 化 物 的 弥 散 度 , 增 加 二次 硬 化 效 应 , 因 而 有 利 于 提 高 基 体 的 强 度 及 回 火 抗力 。提 高 钢 的 淬 透 性 , 但 含 量 超 过 时 , 会使 冲 击 韧 性 降 低 。是 碳 化 物 形 成 元 素 , 与 化 合 形 成 勿 ,它

7、的 熔 点 较 低 , 在 较 低 温 度 即 可 大 量 固 溶 于 奥 氏 体 ,提 高 过 冷 奥 氏 体 的 稳 定 性 , 增 加 钢 的 淬 透 性 。 在 回火 过 程 中 可 依 几 一 次 序 析 出 碳化 物 , 弥 散 分 布 在 基 体 上 , 造 成 二 次 硬 化 效 果 。是 强 碳 化 物 形 成 元 素 , 可 与 碳 化 合 生 成, 须 在 较 高 的 温 度 下 方 可 固 溶 于 奥 氏 体 , 当 加 热 到以 一 时 , 此 种 碳 化 物 仅 少 量 溶 解 于 奥 氏体 , 可 阻 止 奥 氏 体 晶 粒 长 大 , 降 低 过 热 敏 感 性

8、 。 含钢 在 回 火 时 碳 化 物 析 出 顺 序 为 一 , 可 出现 明 显 的 二 次 硬 化 效 应 。或 和 的 作 用 类 似 , 都 是 强 碳 化 物形 成 元 素 。 。 和 的 碳 化 物 须 在 更 高 的 温 度 下 才能 溶 入 奥 氏 体 , 因 而 加 热 时 强 烈 阻 止 奥 氏 体 晶 粒 长大 , 细 化 晶 粒 , 提 高 强 度 和 韧 性 。 含 或 钢 , 在回 火 过 程 中 可 析 出 细 小 的 、 弥 散 分 布 的 呱 和型 二 次 碳 化 物 , 造 成 强 烈 的 二 次 硬 化 效 应 , 因 而和 均 可 提 高 钢 的 高

9、温 强 度 和 热 稳 定 性 。阵阵 目 曰曰麒麒麒 胭胭娜娜 哪 娜娜 一 目 口口目目 翻 目 日日一一 二二毅毅 一 ,期绷刘率泊全图 室 温 冲 击 韧 性 比 较表 可 以 知 道 , 只 有 含 有 一 的 ,是 强 碳 化 物 形 成 元 素 , 其 碳 化 物 熔 点 高 、 硬 度 高 ,回 火 时 大 量 析 出 , 形 成 极 其 强 烈 的 二 次 硬 化 效 应 , 因而 使 的 硬 度 最 高 , 具 有 高 耐 磨 性 及 抗 回 火 软 化之 特 点 , 可 使 用 在 挤 制 高 阻 抗 铝 合 金 之 模 具 上 , 但 不适 合 应 用 于 需 要 高

10、韧 性 之 模 具 。从 图 还 可 以 看 出 , 在 同 样 的 淬 火 、 回 火 条 件下 , 的 抗 回 火 软 化 能 力 最 强 , 这 也 与 合 金 设 计 有关 。 与 、 、 相 比 , 在 化 学 成 份 上 呈 现低 高 之 特 点 , 因 而 钢 中 不 易 形 成 熔 点 较 低 的, 而 形 成 大 量 的 熔 点 较 高 的 勿 , 可 以 在 更 高的 温 度 下 , 保 持 较 高 的 强 度 和 硬 度 , 适 合 制 作 在 以 上 的 高 温 条 件 下 工 作 的 模 具 。口留妥侧倒、 、 、 的 性 能 比 较一 般 而 言 这 种 钢 均 具

11、 有 较 高 的 强 韧 性 从 室温 至 、 抗 热 疲 劳 性 、 热 稳 定 性 、 抗 氧 化 和 耐 液态 金 属 冲 蚀 性 能 和 淬 透 性 。 比 较 而 言 , 钢 在 上述 各 项 性 能 中 均 有 中 等 之 表 现 , 因 而 在 国 内 外 获 得了 广 泛 应 用 , 普 遍 用 于 制 作 挤 压 模 和 压 铸 模 。从 表 可 以 知 道 , 与 的 区 别 在 于的 含 量 较 高 左 右 , 因 而 钢 在 回 火 时 会 析出 更 多 的 , 引 起 更 加 强 烈 的 二 次 硬 化 效 应 , 虽 提高 硬 度 和 强 度 , 但 造 成 材 料

12、 韧 性 上 的 损 失 , 相 比 之 下则 不 论 在 室 温 及 高 温 下 均 有 优 异 的 韧 性 , 适 合制 作 要 求 高 韧 性 的 铝 挤 压 模 及 锻 造 模 。 室 温 冲 击 韧性 值 比 较 见 图 。图 是 、 、 , 钢 在 淬 火 后的 回 火 硬 度 曲 线 。 图 中 显 示 , 在 同 样 的 淬 火 、 回 火 条件 下 , 的 硬 度 最 高 , 这 明 显 与 合 金 设 计 有 关 。 从田田 闷 加 以 幻 的温 度 圈 淬 火 后 的 回 火 硬 度 曲 线、 、 、 钢 的 热 处 理这 种 钢 均 属 中 碳 中 合 金 钢 , 加

13、热 时 建 议 采 用段 式 预 热 , 第 段 预 热 至 一 , 第 段 预 热 至一 , 加 热 应 缓 慢 , 避 免 工 件 因 过 大 的 热 应 力而 变 形 或 开 裂 。 预 热 保 温 至 模 具 心 部 与 表 面 温 差 小于 后 , 再 快 速 升 温 到 奥 氏 体 化 温 度 众国 外 金 属 热 处 理 第 卷 , 当 模 具 心 部 与 表 面 温 差 小 于 后 , 保 温一 而 即 可 。 为 防 止 淬 火 加 热 时 模 具 表 面 的 氧化 脱 碳 , 最 好 采 用 可 控 气 氛 热 处 理 炉 、 真 空 热 处 理 炉或 盐 浴 炉 进 行

14、淬 火 加 热 。由 于 这 种 钢 含 有 较 多 的 、 、 、 等 元 素 ,因 而 过 冷 奥 氏 体 比 较 稳 定 , 具 有 很 高 的 淬 透 性 , 油 冷甚 至 空 冷 即 可 获 得 马 氏 体 组 织 。模 具 淬 火 后 应 尽 快 回 火 , 以 降 低 残 余 应 力 , 避 免变 形 和 开 裂 , 同 时 使 残 留 奥 氏 体 较 快 变 为 回 火 马 氏体 , 使 基 体 马 氏 体 析 出 弥 散 分 布 的 碳 化 物 , 产 生 二 次硬 化 效 应 , 获 得 较 为 理 想 的 强 韧 组 合 。 为 获 得 稳 定的 组 织 和 较 好 的

15、综 合 力 学 性 能 , 一 般 采 用 一 次 回火 。当 制 造 冲 击 载 荷 较 重 的 模 具 时 , 为 了 提 高 其 冲击 韧 性 和 断 裂 韧 性 , 往 往 采 用 下 限 的 硬 度 值 , 如一 。 生 产 磨 损 较 严 重 的 重 载 模 具 时 , 则 采 用 上限 硬 度 值 , 如 姗 一 。对 种 中 碳 铬 系 热 作 模 具 钢 推 荐 的 热 处 理 工 艺参 数 见 表表 、 、 一 、 一 钢 的 热 处 理 工 艺 参 数钢 种 奥 氏 体 化 温 度 冷 却 方 式 淬 火 硬 度 回 火 温 度犯 一 空 冷 、 油 冷以 】 一 又 空

16、 冷 、 油 冷一 空 冷 、 油 冷加 一 空 冷 、 油 冷司 、引引 匆、回 火 硬 度结 论中 合 金 系 热 作 模 具 钢 适 合 制 作 铝 型 材 挤 压模 , 目 前 国 内 主 要 使 用 钢 制 作 铝 挤 压 模 。 若 使用 代 替 制 作 韧 性 要 求 更 高 的 铝 挤 压 模 , 使用 代 替 制 作 耐 磨 性 要 求 更 高 之 铝 挤 压 模 ,使 用 代 替 制 作 工 作 在 更 高 温 度 条 件 下 的 铝挤 压 模 , 可 以 获 得 更 高 的 模 具 使 用 寿 命 。参 考 文 献石 一 氏 明 山 记 访 仪 币 佣 汕 叮高 一 之 等 金 属 热 处 理 , 台 湾 一徐 进 等 模 具 钢 【 北 京 冶 金 工 业 出 版 社 , 男 泌一,胜,几几一上 接 第 页研 究 表 明 , 为 了 减 弱 奥 氏 体 的 稳 定 化 和 消 除 轧辊 断 裂 的 可 能 性 , 淬 火 后 立 即 用 燃 气 喷 咀 于 保 温 所 进