不銹(xiu)鋼(gang)管(guan)擠壓(ya)模是擠壓(ya)工模具中最(zui)易損壞(huai)的(de)模具。只有(you)在具有(you)擠壓(ya)模的(de)使用過(guo)程(cheng)中所承受(shou)的(de)負荷和(he)溫(wen)度變(bian)化方面的(de)數據的(de)條(tiao)件下,才能有(you)充分(fen)的(de)根據來選擇制造擠壓(ya)模的(de)材(cai)料。
早在20世紀60年代末,德國的礦業研究院和格勒迪茨鋼廠,俄國的巴爾金中央黑色冶金科學研究院,全蘇不銹鋼管科學研究所和尼科波爾南方不銹鋼管廠(chang),以及捷克斯洛伐克的黑色冶金科學研究院和切爾可夫冶金廠共同進行了這方面的試驗研究工作。
為(wei)了(le)確(que)定擠壓模(mo)截面上各點(dian)(dian)(dian)(dian)(圖7-41)的溫度,采用帶有熱(re)電偶(ou)槽的分(fen)塊結(jie)構的模(mo)子(zi),帶有直(zhi)徑為(wei)0.3~0.5mm導(dao)線的Cr-Al熱(re)電偶(ou)安放在(zai)(zai)(zai)模(mo)子(zi)壓縮(suo)錐(zhui)的起(qi)(qi)點(dian)(dian)(dian)(dian)和中點(dian)(dian)(dian)(dian)(點(dian)(dian)(dian)(dian)1、點(dian)(dian)(dian)(dian)2),圓錐(zhui)到定徑帶的過渡處(點(dian)(dian)(dian)(dian)3)和模(mo)壁(bi)內(點(dian)(dian)(dian)(dian)4).在(zai)(zai)(zai)點(dian)(dian)(dian)(dian)1~3的熱(re)電偶(ou)的端點(dian)(dian)(dian)(dian)安置(zhi)在(zai)(zai)(zai)距離模(mo)子(zi)表面深度1.5mm處。焊接(jie)好已接(jie)上導(dao)線的熱(re)電偶(ou),用由氧(yang)化鋁和水玻璃的混合(he)物制(zhi)成的絕緣物質填滿熱(re)電偶(ou)槽。然后把兩塊半(ban)模(mo)焊接(jie)起(qi)(qi)來。
為了(le)校準熱(re)電偶(ou),把裝配好的(de)(de)(de)模(mo)子(zi)放在(zai)有固定溫(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)恒溫(wen)器中(zhong)。熱(re)電偶(ou)測出數值的(de)(de)(de)記(ji)錄(lu)由H-700示波器完(wan)成,在(zai)記(ji)錄(lu)溫(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)同時還記(ji)錄(lu)了(le)擠壓力。
在擠壓CT3和06Cr18Ni11Ti鋼坯料時,坯料在有保護氣氛的爐子中加熱到1180~1200℃,擠壓筒的直徑為80mm、120mm,擠壓比為4、7.1、16。
個別(bie)測(ce)量擠(ji)壓(ya)(ya)模溫度的試(shi)驗是(shi)在擠(ji)壓(ya)(ya)鉬合金ZrMo-2A時(shi)(shi)進行的。鉬合金擠(ji)壓(ya)(ya)時(shi)(shi),采用石墨墊進行無壓(ya)(ya)余擠(ji)壓(ya)(ya)。
研(yan)究了擠(ji)(ji)壓(ya)模受(shou)熱程度與所用玻璃潤滑(hua)劑(ji)的(de)(de)黏度、延伸(shen)系數、擠(ji)(ji)壓(ya)速度和(he)其他參數之間(jian)的(de)(de)關系。擠(ji)(ji)壓(ya)時擠(ji)(ji)壓(ya)模的(de)(de)受(shou)熱情況(kuang)示(shi)于(yu)圖7-41.
在(zai)(zai)(zai)(zai)采(cai)用(yong)玻璃(li)潤(run)滑(hua)(hua)劑(ji)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)不銹(xiu)鋼坯(pi)料(liao)的(de)(de)(de)條件下,擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)模(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)受(shou)熱的(de)(de)(de)一般情況示于圖(tu)7-41,由(you)圖(tu)可知:(1)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)之前擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)模(mo)(mo)(mo)上存在(zai)(zai)(zai)(zai)著體積上不均(jun)勻的(de)(de)(de)熱場,這是(shi)在(zai)(zai)(zai)(zai)冷模(mo)(mo)(mo)子與(yu)被加熱到350℃的(de)(de)(de)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)筒接(jie)觸之后建立的(de)(de)(de)。這時,模(mo)(mo)(mo)子的(de)(de)(de)最大(da)(da)受(shou)熱(約280℃)發(fa)生(sheng)在(zai)(zai)(zai)(zai)模(mo)(mo)(mo)子同(tong)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)筒直接(jie)接(jie)觸的(de)(de)(de)部位(wei)(點(dian)(dian)1),而最小(xiao)受(shou)熱發(fa)生(sheng)在(zai)(zai)(zai)(zai)模(mo)(mo)(mo)子內部(點(dian)(dian)4).(2)在(zai)(zai)(zai)(zai)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)過(guo)程中,來自(zi)變形坯(pi)料(liao)的(de)(de)(de)流(liu)作用(yong)到模(mo)(mo)(mo)子上,此熱流(liu)經過(guo)潤(run)滑(hua)(hua)墊發(fa)生(sheng)作用(yong),而潤(run)滑(hua)(hua)墊的(de)(de)(de)厚度(du)從點(dian)(dian)1到點(dian)(dian)3逐(zhu)漸減(jian)小(xiao)。因此,模(mo)(mo)(mo)子工作圓錐(zhui)表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)受(shou)熱是(shi)不均(jun)勻的(de)(de)(de)。最大(da)(da)的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)增(zeng)加ΔT發(fa)生(sheng)在(zai)(zai)(zai)(zai)圓錐(zhui)部位(wei)到定徑(jing)帶的(de)(de)(de)過(guo)渡(du)處(chu)(chu)(點(dian)(dian)3),此處(chu)(chu)潤(run)滑(hua)(hua)劑(ji)層(ceng)最薄。在(zai)(zai)(zai)(zai)表(biao)面(mian)層(ceng),該區域的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)增(zeng)加到300℃,而在(zai)(zai)(zai)(zai)深(shen)度(du)1.5mm處(chu)(chu)T3為200℃.在(zai)(zai)(zai)(zai)點(dian)(dian)1和點(dian)(dian)2處(chu)(chu),ΔT的(de)(de)(de)數(shu)值不超(chao)過(guo)20~30℃.因此,模(mo)(mo)(mo)子上最大(da)(da)受(shou)熱處(chu)(chu)是(shi)區域3,該處(chu)(chu)表(biao)面(mian)層(ceng)的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)達500℃,在(zai)(zai)(zai)(zai)深(shen)度(du)1.5mm的(de)(de)(de)層(ceng)面(mian)平均(jun)溫(wen)度(du)為400℃.
試驗時,采用以(yi)下材料制作擠壓(ya)模具(ju):GW工具(ju)鋼、鎳基(ji)和難熔(rong)金屬為基(ji)的(de)(de)耐(nai)熱合金。這(zhe)些(xie)材料的(de)(de)強度(du)極限σ,和溫度(du)的(de)(de)關系示于圖7-42.從圖中可以(yi)看出,熱穩定性最好的(de)(de)工具(ju)鋼3Cr2W8V可以(yi)應用在不超(chao)過(guo)600℃的(de)(de)受熱溫度(du)下,超(chao)過(guo)該溫度(du)將引起(qi)此鋼強度(du)極限的(de)(de)急劇下降。
鎳基耐熱合金(jin)在(zai)800℃下可以保持足夠高的強度。在(zai)加熱到900℃時,這類(lei)合金(jin)還(huan)可以在(zai)不(bu)超(chao)過600MPa的載荷下工(gong)作(zuo)。
鉬基高溫合金表現出強度性能在很寬的溫度范圍內的穩定性,但其強度水平明顯地低于鎳基高溫合金。只有在1000℃以上的溫度時,鉬合金才具有比Ni-monic 合金更高的強度,但其應用受到擠壓時單位壓力不應當超過400MPa的限制。
為了(le)確定圖(tu)7-41試驗(yan)材料(liao)的耐磨性,將其制作成(cheng)模(mo)環進行(xing)試驗(yan)。模(mo)環由鉬合金ZrMo-2A和(he)ZrMo-5、高溫(wen)合金CrNi5NbWMoCoAl和(he)ЖSi6CoP以及(ji)工(gong)具(ju)鋼(gang)3Cr2W8V制成(cheng)。另外(wai)還試驗(yan)了(le)硬(ying)(ying)質合金WCo25B模(mo)環。套環由3Cr2W8V 鋼(gang)制成(cheng)并(bing)經熱處理,HRC=42~44.各種(zhong)材料(liao)的模(mo)環的硬(ying)(ying)度列(lie)于表7-7中。
模(mo)(mo)(mo)環以(yi)0.08~0.10mm的(de)(de)(de)過(guo)盈(ying)量被壓(ya)入套(tao)環中。以(yi)模(mo)(mo)(mo)孔直徑的(de)(de)(de)變(bian)化作為評定模(mo)(mo)(mo)子磨(mo)損的(de)(de)(de)標準。采用最佳成分(fen)的(de)(de)(de)潤滑劑在擠壓(ya)不銹鋼坯料的(de)(de)(de)條(tiao)件下進行試(shi)(shi)驗。為了研究模(mo)(mo)(mo)環在更(geng)加嚴酷的(de)(de)(de)工作條(tiao)件下工作的(de)(de)(de)情(qing)況,進行了無潤滑劑擠壓(ya)試(shi)(shi)驗。此時(shi)在模(mo)(mo)(mo)子點3部位的(de)(de)(de)受熱(re)溫度達到800~900℃.組合模(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)試(shi)(shi)驗表明(ming),在第一批材料擠壓(ya)后(hou),鉬合金模(mo)(mo)(mo)環的(de)(de)(de)過(guo)盈(ying)量減少,并發現(xian)模(mo)(mo)(mo)孔直徑略(lve)有減小;但(dan)在以(yi)后(hou)的(de)(de)(de)數(shu)次擠壓(ya)后(hou),模(mo)(mo)(mo)孔沒有發生變(bian)化,模(mo)(mo)(mo)環出現(xian)破裂,而模(mo)(mo)(mo)環裂紋的(de)(de)(de)存在卻沒有影響其工作能力。
高溫(wen)合(he)金CrNi56WMoCoAl和ЖSi6CoP也發生了帶有(you)相(xiang)應(ying)的(de)模孔直徑不大地減小。但此(ci)過程(cheng)沒有(you)伴隨模環裂紋的(de)形(xing)成。
硬質合金模環(WCo25B)工作過程中并不會減(jian)小直(zhi)徑,相應(ying)地,尺寸也不會改變(bian),但(dan)經第一次擠壓后(hou),模環表面會產生網狀裂紋。
鉬(mu)合金(jin)(jin)模環(huan)(huan)由于減(jian)徑(jing)(jing)引起的直(zhi)徑(jing)(jing)最大減(jian)小(xiao)值(zhi)為(wei)0.25mm,而鎳合金(jin)(jin)為(wei)0.1mm.在隨(sui)后的3~5次擠壓時(用(yong)潤滑劑(ji)),鎳合金(jin)(jin)模環(huan)(huan)孔徑(jing)(jing)停(ting)止減(jian)小(xiao),而鉬(mu)合金(jin)(jin)模環(huan)(huan)仍有減(jian)徑(jing)(jing),直(zhi)至10次擠壓后才停(ting)止。
為了更加廣泛地試驗(yan)鎳基高(gao)溫合金(jin)(jin)(jin)模環(huan)的(de)耐磨(mo)性,在巴爾金(jin)(jin)(jin)中央黑色冶(ye)金(jin)(jin)(jin)科(ke)學研究院進行的(de)雙金(jin)(jin)(jin)屬型材的(de)半工業性生產中,采用(yong)帶有(you)(you)CrNi56WMoCoAl合金(jin)(jin)(jin)模環(huan),經受100次(ci)以(yi)上的(de)擠壓(ya)而無明顯的(de)磨(mo)損(sun)。KSi6CoP合金(jin)(jin)(jin)模環(huan)用(yong)于擠壓(ya)高(gao)溫合金(jin)(jin)(jin)Эи929試驗(yan)表(biao)明,模環(huan)在擠壓(ya)70次(ci)以(yi)后,實際上模孔(kong)尺(chi)寸沒有(you)(you)改(gai)變。
在擠壓難熔合金(jin)坯料時,采用(yong)鉬合金(jin)ZrMo-2A、ZrMo-5、ZrMoW-70和(he)陶瓷CrSi22模(mo)環。為了防(fang)止模(mo)環減(jian)徑(jing),模(mo)環要在低于(yu)再結晶(jing)溫度下(xia)進(jin)行(xing)預變形。
帶有以上(shang)材料(liao)(liao)模(mo)(mo)(mo)環的(de)(de)組合(he)模(mo)(mo)(mo)在擠(ji)(ji)壓鉬和鎢(wu)坯(pi)(pi)料(liao)(liao)時,加熱溫度為(wei)(wei)1300℃.ZrMo-2A合(he)金模(mo)(mo)(mo)環在第一次擠(ji)(ji)壓后,直(zhi)徑增加了0.8~1.0mm,當擠(ji)(ji)壓溫度提高(gao)到1500~1600℃時,模(mo)(mo)(mo)環孔(kong)徑增加達2.0mm,即發生(sheng)了強烈的(de)(de)熱磨損。帶ZrMo-5合(he)金模(mo)(mo)(mo)環的(de)(de)組合(he)模(mo)(mo)(mo)顯示出比較高(gao)的(de)(de)耐磨性(xing),被用(yong)于擠(ji)(ji)壓加熱到1400℃的(de)(de)鎢(wu)坯(pi)(pi)料(liao)(liao),經5次擠(ji)(ji)壓后,模(mo)(mo)(mo)環的(de)(de)磨損為(wei)(wei)0.1mm.
ZrMoW-70合金模環(huan)用(yong)于擠壓(ya)鉬合金坯料時,加熱溫度(du)為(wei)1300℃,發(fa)生的模徑(jing)減徑(jing)量在擠壓(ya)3次(ci)后為(wei)1.1mm.
擠壓難(nan)熔合金(jin)時(shi),加熱溫度為1300~1700℃,采用裝(zhuang)有22CrSi陶瓷(ci)材料(liao)模(mo)(mo)環的(de)組合模(mo)(mo),絕(jue)對(dui)不(bu)會產生模(mo)(mo)孔尺寸的(de)改變。但此種材料(liao)模(mo)(mo)環的(de)機械強度不(bu)高,經常在擠壓周(zhou)期結(jie)束時(shi),由(you)于橫(heng)梁(liang)和擠壓筒的(de)碰撞震(zhen)動而破壞(huai),或當(dang)采用石墨(mo)墊進行無(wu)壓余擠壓時(shi),在金(jin)屬從模(mo)(mo)孔擠出的(de)瞬(shun)間(jian),模(mo)(mo)環即(ji)發生破壞(huai)。表7-8為擠壓難(nan)熔金(jin)屬坯料(liao)時(shi)模(mo)(mo)環的(de)使(shi)用壽命試(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)。