CN86107658B - 热加工用金属陶瓷模具材料 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属陶瓷材料,主要适用于制做金属热挤压模具.该金属陶瓷材料含有金属钨和陶瓷相三氧化二铝、三氧化二镧,同时还含有铬、镍(或铁、钴)等金属元素.因添加了部分金属元素,改善了该材料的使用性能,作为铜热挤压模具材料.平均使用寿命为1650只/模,最高使用寿命达到3100只/模以上。
Description
本发明属于金属陶瓷材料,适用于制做金属热加工模具。特别适用于制做有色金属热加工模具。
美国专利(US2656596)公布的金属陶瓷材料其氧化铝在烧结体内所占体积百分比为5-50%,金属所占比例为95-50%;而金属中铬所占的重量百分比为20~45%,钨所占金属中的重量百分比为80~55%。该专利的制做方法是将球磨后的材料进行干燥,配入石蜡或水作为粘合剂,再将混合物压制成型经干燥后,在1825℃氢气保护下烧结1-5小时。另一种制做方法是将混合粉装入石墨模具中,在1700~1950℃加压烧结5-30分钟。该专利是用于金属铸造用的铸模、热电偶保护管和涡轮叶片等制品,作为热挤压模具,该专利并没有介绍任何使用性能。
(《Metals Progress》1984年Vol125,No2P21-28)发表了一篇:氧化锆、一种新型的热挤压模材料。资料介绍该材料是不完全稳定的氧化锆陶瓷材料,并具有在挤压条件下工作所期望的机械和热力特性,能极好的控制产品尺寸及延长模子寿命。用作铜的热挤压模,平均热挤压制品为485根,单模最高寿命达1142根。由此看出,该材料用作铜挤压模具,使用寿命是不长的。
本发明的目的是设计出一种不仅具有良好的热稳定性,高的红硬性及优异的耐磨性,又具备优良的抗急冷急热和抗高温氧化的,作为铜挤压模具,其使用寿命长的新型金属陶瓷材料。
为满足上述要求,本发明设计了一种新的金属陶瓷材料,该材料的组成含有金属W、Cr、Ni、Fe、Co等元素,同时还加入陶瓷相三氧化二铝和三氧化二镧。
本发明金属陶瓷材料中的钨,具有良好的热强性和红硬性,熔点高,在所选用的烧结温度下,晶粒不易长大,并能与铬形成固溶体,其重量百分比为40-70%。
在本发明中加入铬,可以提高金属陶瓷材料的耐磨性和抗氧化性,并能阻止表面层热裂纹的形成与扩展。其重量百分比为12-38%。
作为陶瓷相的三氧化二铝,具有很好的耐磨性和高温硬度、强度,氧化铝与氧化铬形成固溶体,可改善材料的结合性能,并有良好的化学稳定性,其加入量(重量百分比)为7-25%。
在本发明中加入三氧化二镧和金属镍,对金属陶瓷材料起到了重要作用,三氧化二镧可与三氧化二铝形成固溶体,提高了材料的抗热震性和高温强度,其重量百分比为0-10%。金属镍(或铁、钴)可以与钨、铬形成固溶体,能够提高金属陶瓷材料的韧性、强度和材料的致密度,改善了金属陶瓷材料的加工性能,其重量百分比为1.5~2.0%。金属元素铁、钴能够部分或全部取代金属镍,虽然对金属陶瓷作为热挤压模具带来使用寿命稍有降低或不受影响,作为添加元素加入到本发明金属陶瓷中也是可以的,但是金属元素镍、铁、钴中任一种元素或两种以上元素添加到本发明金属陶瓷材料中,其重量百分比为1.5-20%。
根据上述理由,本发明提出的新型金属陶瓷材料,其化学成分为(重量百分比):40-70%W;12-38%Cr;0-10%La2O3;7-25%Al2O3;Ni、Fe、Co三个元素中的一种或两种以上之和为1.5~20%。
本发明金属陶瓷材料是采用粉末冶金工艺制备。其生产工艺流程是:配料-混料-成型-烧结-机加工。
1.配料:按重量百分比称量各种原料。粉末纯度、粒度由表1给出。
3.成型:将混匀的粉末装入弹性塑料套内,采用等静压成型,压力为2T/cm2,压制收缩率为18%左右,压坯密度为理论密度的75~80%。
4.烧结:烧结是在高温烧结炉中进行烧结,并有保护气体进行保护。
5.机械加工:采用车削加工或磨削加工,都能够获得良好的表面光洁度。
2.混料:将配制好的粉末装入硬质合金球磨罐内,放入重量比为粉末三倍的硬质合金球,用乙醇作介质进行球磨,球磨时间为100~200小时,球磨后将粉末烘干。
本发明金属陶瓷材料与现有技术相比较具有以下优点:
1.本发明作为热挤压模具,使用寿命高。
(1)根据(《Metals Progress》84年Vol125、No2、P21-28)介绍,该公司氧化锆热挤压模具作为铜的热挤压模具平均使用寿命485只/模,最高使用寿命为1142只/模。
(2)国内一般所采用铜热挤压模具材料为3Cr2W8V钢,而精铸3Cr2W8V模具材料在铜热挤压生产中,使用寿命为27.5只/模。锻钢3Cr2W8V铜热挤压模具使用寿命为40只/模。
采用本发明金属陶瓷材料制做的热挤压模具,在与上述工艺相同条件下使用,该模具平均使用寿命为1650只/模,最高使用寿命为3100只/模以上。
2.本发明金属陶瓷材料,具有强度高,红硬性及耐磨性好,并具有良好的韧性,在1000℃温度下硬度可达Hv=510。由该材料制成的铜热挤压模具,因为具有使用寿命长,所以减少了工作时换模次数,降低模具费用约70%以上,提高劳动生产率20%以上。
3.用本发明金属陶瓷材料制成的铜热挤压模具,具有良好的抗磨损、抗氧化性,在不改变生产条件的情况下,可提高产品成品率5%以上。
实施例
本发明金属陶瓷材料最好的实施方案如下:
根据所设计的化学成分范围,配制了4种成分的金属陶瓷材料,其具体成分(重量百分比)见表2。
本发明金属陶瓷材料经配料后装入球磨罐内,放入重量比为粉末三倍的硬质合金球,并采用乙醇作球磨介质,球磨120小时后出粉并进行烘干。再将混匀烘干的粉末装入弹性塑料套内,经等静压机压制成型后,再将成型块装入高温烧结炉内,在保护气氛中进行烧结。烧结后的金属陶瓷块经试验检测,和加工成的热挤压模具的使用寿命见表3:
Claims (1)
1、一种热挤压模具用的金属陶瓷材料,其特征在于具体化学成分(重量百分比)为:W40-70%;Cr12-38%;Al2O37-25%;La2O30-10%;Ni、Fe、Co三种元素中的任一种或两种以上之和为1.5-20%。
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