專利名稱：一種用于冷擠壓模具的粉末冶金材料及其模具成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于冷擠壓模具的粉末冶金材料及其模具成形方法，屬于冷擠壓領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，在高層建筑和水利水電現(xiàn)澆混凝土工程施工中，對(duì)于地下室外墻及需要防水的墻體模板，通常使用止水螺栓固定，一個(gè)建筑面積2萬(wàn)平方米的高層建筑地下室外墻止水螺栓的需要量大概在1萬(wàn)套以上，一個(gè)類似南水北調(diào)倒虹吸這樣的工程，如果有30節(jié)長(zhǎng)20米的三孔管子的話，其止水螺栓的需要量也在5萬(wàn)套以上，所以，建筑施工中需要止水的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)止水螺栓的需求量非常巨大。止水螺栓分成三節(jié)，即一個(gè)中間節(jié)、兩個(gè)錐體和兩個(gè)外周轉(zhuǎn)節(jié)，中間節(jié)埋入混凝土后不取出來(lái)周轉(zhuǎn)，兩個(gè)錐體必須取出來(lái)周轉(zhuǎn)，錐體的制作目前有兩種方式，第一種是整體球墨鑄鐵錐體，第二種是采用內(nèi)鋼外塑料錐套式錐體，如圖1所示。對(duì)于第一種球墨鑄鐵錐體，在鑄造完后需要在車床上車削錐面，由于鑄造件難以避免地存在常見(jiàn)的縮孔、縮松、裂紋、澆不足和冷隔等鑄造缺陷，所以廢品率很高，因此而造成實(shí)際成品的生產(chǎn)成本較高。另外，這種球墨鑄鐵錐體在實(shí)際使用時(shí)，一旦拆模不及時(shí)或施工時(shí)模板跑位，常常很難取出來(lái)，有的甚至不用鑿子鑿墻，就根本取不出來(lái)，嚴(yán)重影響施工企業(yè)的生產(chǎn)。第二種內(nèi)鋼外塑料錐套式錐體是目前普遍采用的止水螺栓錐體的制作方式，如圖 2所示，內(nèi)鋼件的外輪廓為臺(tái)階軸形，且大端帶六角，臺(tái)階軸形的設(shè)計(jì)目的是固定外塑料錐套，大端帶六角的目的是便于使用內(nèi)六角套筒扳子將錐體從混凝土墻里取出來(lái)，內(nèi)鋼件的制造工藝通常有兩種辦法，第一種辦法是采用車床車出臺(tái)階，采用銑床銑出大端六角；第二種辦法是采用熱鍛工藝鍛壓出來(lái)。第一種工藝方法生產(chǎn)成本非常高，且耗料多，效率低；第二種工藝辦法需要加熱，成本也較高。冷擠壓工藝加工內(nèi)鋼外塑料錐套式錐體，可以達(dá)到節(jié)約原材料、節(jié)省能源、降低成本和提高生產(chǎn)效率的目的，但冷擠壓工藝必須使用模具，并且對(duì)模具有極高的要求，不但其硬度和強(qiáng)度要高，而且還要有很好的斷裂韌性和抗破損性能。國(guó)內(nèi)冷擠壓模具材料基本上都采用模具鋼制作，最典型的冷作模具鋼材料有 Crl2和Crl2MoV，對(duì)擠壓精度和使用壽命要求不高且負(fù)荷不大的冷作模具鋼材料，常采用 9Mn2V、9SiCr、CrWMn、T8A、T10A和T12A等，這些材料通常在退火狀態(tài)經(jīng)機(jī)械加工成形，然后淬火，再回火，熱處理后的最終硬度在HRC55 65范圍內(nèi)，當(dāng)這些材料制作的模具硬度偏高時(shí)，通常非常脆且鋼材內(nèi)部組織應(yīng)力大，使用過(guò)程中，在大變形疲勞應(yīng)力的作用下很容易破損；而當(dāng)硬度偏低時(shí)，雖然韌性較好，不易破損，但磨損很快，使用壽命很低，需要經(jīng)常更換冷擠壓模具。用于制作冷擠壓模具零件的材料除了模具鋼外，還有粉末冶金材料，粉末冶金材料通常比模具鋼的硬度要高得多，HRC65 75，但韌性卻差得很遠(yuǎn)，最典型的粉末冶金材料是硬質(zhì)合金，能用于制作冷擠壓模具、硬度較高且韌性較好的硬質(zhì)合金材料主要有鎢鈷類硬質(zhì)合金，它是把WC硬質(zhì)顆粒用金屬Co或M作粘接劑，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成的一種高硬度材料，盡管硬度非常高，且耐磨，但韌性很差，在大變形強(qiáng)擠壓力反復(fù)作用下易破損，使用壽命較低，所以，即使含粘接劑較多，一般也很少用作冷擠壓模具，而只是在拉絲模領(lǐng)域有所應(yīng)用。由于止水螺栓的需求量非常大，內(nèi)鋼外塑料錐套式錐體內(nèi)鋼件的加工精度要求又比較高，內(nèi)鋼件的臺(tái)階和六角的擠壓變形量又非常大，因此傳統(tǒng)的模具鋼和粉末冶金材料制作的模具均不能滿足該零件的加工要求，對(duì)生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，如果模具壽命不高，將直接影響到生產(chǎn)的進(jìn)度和連續(xù)性，并進(jìn)而影響到企業(yè)的效益。傳統(tǒng)的模具鋼和粉末冶金材料各有特點(diǎn)，前者的優(yōu)點(diǎn)正好是后者的缺點(diǎn)，前者的缺點(diǎn)也正好是后者的優(yōu)點(diǎn)，因此，尋求一種新型冷擠壓模具材料，使它既具有很高的硬度和耐磨性，同時(shí)又具有很高的斷裂韌性，對(duì)于象內(nèi)鋼外塑料錐套式錐體內(nèi)鋼件這種大批量、大變形、高負(fù)荷、高精度和高效率冷擠壓零件來(lái)說(shuō)，非常必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)車銑工藝或熱鍛工藝在加工內(nèi)鋼外塑料錐套式錐體存在成本高、效率低等缺點(diǎn)，而改用冷擠壓工藝加工，從而提供一種適應(yīng)該工藝來(lái)加工內(nèi)鋼外塑料錐套式錐體的冷擠壓模具的粉末冶金材料及其模具成形方法。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的一種用于冷擠壓模具的粉末冶金材料，該材料各組份的質(zhì)量百分比如下碳化鎢WC含量為30 38 %，鐵！^含量為60 69 %，碳化鉻Cr3C2含量為0. 5 1. 0%，碳化釩VC含量為0. 2 0. 6%，氧化鈰Ce2O3含量為0. 1 0. 4%。其中各組份的粒徑均為0. 6 3 μ m。應(yīng)用本發(fā)明的粉末冶金材料制備冷擠壓模具的方法，其具體步驟如下1)原材料配置按照碳化鎢WC含量為30 38 %，鐵！^含量為60 69 %，碳化鉻Cr3C2含量為 0. 5 1. 0 %，碳化釩VC含量為0. 2 0. 6 %，氧化鈰&203含量為0. 1 0. 4%的質(zhì)量百分比配制混合料，該混合料的粒徑為0. 6 3 μ m。2)球磨混粉將第1)步配制好的混合料與直徑5mm的鎢鋼磨球按照球料質(zhì)量比50 1配比，裝入硬質(zhì)合金研磨罐，按照每公斤混合料中加入300 500毫升的比例關(guān)系加入純度為99% 的乙醇，然后密封條件下球磨15 25小時(shí)，再將混合料轉(zhuǎn)入不銹鋼真空研磨罐，在真空條件下繼續(xù)球磨10 20小時(shí)。其中，球磨采用行星式高能球磨機(jī)，球磨參數(shù)設(shè)置為正反轉(zhuǎn)間歇時(shí)間3 5min，轉(zhuǎn)速180 ^Or/min。3)真空干燥向第2、步球磨后的混合料中摻加成形劑，然后放入行星攪拌真空干燥箱中攪拌干燥，首先在60 80°C下恒溫干燥2小時(shí)以上，最后在110 130°C下恒溫干燥2小時(shí)以上；行星攪拌真空干燥箱的真空度設(shè)置為0. 03 0. IMPa，成形劑為石蠟、順丁橡膠、丁苯橡膠或丁鈉橡膠，摻加量為每公斤混合料中加入15 30g成形劑。4)壓制成形經(jīng)第幻步真空干燥后的粉末裝入制作冷擠壓模用的成形模具中，在壓力機(jī)上壓制成形，單位面積壓力550 850kgf/cm2。5)真空燒結(jié)采用真空燒結(jié)工藝對(duì)第4)步壓制后的冷擠壓模具坯料進(jìn)行燒結(jié)，首先以3 80C /min的恒定升溫速度從室溫升到300 500°C，保溫60 120min ；然后以5 15°C / min的恒定升溫速度將溫度升到700 900°C，保溫20 40min ；最后以2 6°C /min的恒定升溫速度將溫度升到1300 1400°C，保溫30 50min，隨爐冷卻后得到目標(biāo)產(chǎn)品。有益效果采用本發(fā)明的材料加工的模具由于碳化鎢和碳化釩的加入，使其具有很高的硬度；由于稀土氧化物(即氧化鈰)的加入，相比模具鋼材料加工的模具來(lái)說(shuō)，其耐磨性能得到大大提高；由于碳化鎢、碳化釩和碳化鉻的加入，使燒結(jié)后晶粒更細(xì)，相比普通硬質(zhì)合金加工的模具來(lái)說(shuō)，斷裂韌性和抗破損性能得到大大提高。本發(fā)明的冷擠壓模具實(shí)現(xiàn)了對(duì)內(nèi)鋼外塑料錐套式錐體零件的冷擠壓加工，達(dá)到了節(jié)約原材料、節(jié)省能源、降低成本和提高生產(chǎn)效率的目的。


圖1為內(nèi)鋼外塑料錐套式錐體的主視圖；圖2為圖1的A-A向剖面圖；其中，1-后擋片；2-外塑料錐套；3-內(nèi)鋼件；4-擋銷。圖3為圖1中內(nèi)鋼外塑料錐套式錐體的內(nèi)鋼件的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施例1 以制作T16內(nèi)鋼外塑料錐套式錐體的內(nèi)鋼件的冷擠壓凹模為例1)原材料配置取各粉末的含量為平均粒度為1 μ m的碳化鎢320克，平均粒度為3 μ m的鐵粉 665克，平均粒度為1 μ m的碳化鉻含量8克，平均粒度為1 μ m的碳化釩5克，平均粒度為 Iym的氧化鈰2克。2)球磨混粉將第1)步配制好的混合料與直徑5mm的鎢鋼磨球按照球料比50 1配比，裝入硬質(zhì)合金研磨罐，在每公斤混合料中加入400毫升純度為99%的乙醇，密封球磨罐進(jìn)行球磨， 球磨16小時(shí)之后，將混合料轉(zhuǎn)入不銹鋼真空研磨罐，對(duì)研磨罐抽真空后繼續(xù)球磨12小時(shí)。 球磨采用行星式高能球磨機(jī)，球磨參數(shù)設(shè)置為正反轉(zhuǎn)間歇時(shí)間3. 5min，轉(zhuǎn)速200r/min。3)真空干燥向第2、步球磨后的混合料中摻加丁鈉橡膠作為成形劑，摻加量為20g/kg，然后將料放入行星攪拌真空干燥箱中攪拌干燥，在真空干燥時(shí)，選擇的開(kāi)始溫度為75°C恒溫2小時(shí)，最終干燥溫度為120°C恒溫2小時(shí)，真空度為0. 06MPa。
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4)壓制成形經(jīng)第幻步真空干燥后的粉末裝入制作冷擠壓模用的成形模具中，在壓力機(jī)上壓制成形，單位面積壓力600kgf/cm2。5)真空燒結(jié)采用真空燒結(jié)工藝對(duì)第4)步壓制后的冷擠壓模具坯料進(jìn)行燒結(jié)，首先以3. 5°C / min的恒定升溫速度從室溫升到360°C，保溫IOOmin ；然后以6V Mn的恒定升溫速度將溫度升到810°C，保溫35min ；最后以3°C /min的恒定升溫速度將溫度升到1320°C，保溫 38min,隨爐冷卻后得到目標(biāo)產(chǎn)品。將實(shí)施例1制作的冷擠壓凹模用于加工T16內(nèi)鋼外塑料錐套式錐體的內(nèi)鋼件，在因磨損而報(bào)廢前，可擠壓9500件左右，使用壽命比模具鋼材料制作的冷擠壓模高3 5倍， 比普通硬質(zhì)合金材料制作的冷擠壓模高15 30%，且擠壓表面粗糙度小。實(shí)施例2 以制作T20內(nèi)鋼外塑料錐套式錐體的內(nèi)鋼件的冷擠壓凹模為例1)原材料配置取各粉末的含量為平均粒度為1. 5 μ m的碳化鎢380克，平均粒度為3 μ m的鐵粉 610克，平均粒度為1 μ m的碳化鉻含量5克，平均粒度為1 μ m的碳化釩2. 5克，平均粒度為 Iym的氧化鈰2. 5克。2)球磨混粉將第1)步配制好的混合料與直徑5mm的鎢鋼磨球按照球料比50 1配比，裝入硬質(zhì)合金研磨罐，在每公斤混合料中加入400毫升純度為99%的乙醇，密封球磨罐進(jìn)行球磨， 球磨22小時(shí)之后，將混合料轉(zhuǎn)入不銹鋼真空研磨罐，對(duì)研磨罐抽真空后繼續(xù)球磨15小時(shí)。 球磨采用行星式高能球磨機(jī)，球磨參數(shù)設(shè)置為正反轉(zhuǎn)間歇時(shí)間3. 5min，轉(zhuǎn)速230r/min。3)真空干燥向?qū)⒌?、步球磨后的混合料中摻加丁鈉橡膠作為成形劑，摻加量為20g/kg，然后將料放入行星攪拌真空干燥箱中攪拌干燥，在真空干燥時(shí)，選擇的開(kāi)始溫度為70°C，最終干燥溫度為125°C，真空度為0. 08MPa。4)壓制成形經(jīng)將第幻步真空干燥后的粉末裝入制作冷擠壓模用的成形模具中，在壓力機(jī)上壓制成形，單位面積壓力650kgf/cm2。5)真空燒結(jié)采用真空燒結(jié)工藝對(duì)將第4)步壓制后的冷擠壓模具坯料進(jìn)行燒結(jié)，首先以 3. 50C /min的恒定升溫速度從室溫升到360°C，保溫IOOmin ；然后以6°C /min的恒定升溫速度將溫度升到800°C，保溫35min ；最后以3°C /min的恒定升溫速度將溫度升到1380°C， 保溫40min，隨爐冷卻后得到目標(biāo)產(chǎn)品。將實(shí)施例2制作的冷擠壓凹模用于加工T20內(nèi)鋼外塑料錐套式錐體的內(nèi)鋼件，在因破損而報(bào)廢前，可擠壓12000件左右，使用壽命比模具鋼材料制作的冷擠壓模高4 7 倍，比普通硬質(zhì)合金材料制作的冷擠壓模高20 40%，且擠壓表面粗糙度小。實(shí)施例3 以制作T14內(nèi)鋼外塑料錐套式錐體的內(nèi)鋼件冷擠壓凹模為例1)原材料配置取各粉末的含量為平均粒度為0. 8 μ m的碳化鎢335克，平均粒度為3 μ m的鐵粉650克，平均粒度為1 μ m的碳化鉻含量7克，平均粒度為1 μ m的碳化釩4克，平均粒度為 Iym的氧化鈰4克。2)球磨混粉將第1)步配制好的混合料與直徑5mm的鎢鋼磨球按照球料比50 1配比，裝入硬質(zhì)合金研磨罐，在每公斤混合料中加入350毫升純度為99%的乙醇，密封球磨罐進(jìn)行球磨， 球磨20小時(shí)之后，將混合料轉(zhuǎn)入不銹鋼真空研磨罐，對(duì)研磨罐抽真空后繼續(xù)球磨18小時(shí)。 球磨采用行星式高能球磨機(jī)，球磨參數(shù)設(shè)置為正反轉(zhuǎn)間歇時(shí)間3. 5min，轉(zhuǎn)速M(fèi)Or/min。3)真空干燥向第2、步球磨后的混合料中摻加丁鈉橡膠作為成形劑，摻加量為20g/kg，然后將料放入行星攪拌真空干燥箱中攪拌干燥，在真空干燥時(shí)，選擇的開(kāi)始溫度為70°C，最終干燥溫度為125°C，真空度為0. 08MPa。4)壓制成形經(jīng)第幻步真空干燥后的粉末裝入制作冷擠壓模用的成形模具中，在壓力機(jī)上壓制成形，單位面積壓力650kgf/cm2。5)真空燒結(jié)采用真空燒結(jié)工藝對(duì)第3)步壓制后的冷擠壓模具坯料進(jìn)行燒結(jié)，首先以3. 5°C / min的恒定升溫速度從室溫升到400°C，保溫IOOmin ；然后以6V Mn的恒定升溫速度將溫度升到850°C，保溫35min ；最后以3°C /min的恒定升溫速度將溫度升到1350°C，保溫 40min,隨爐冷卻后得到目標(biāo)產(chǎn)品。將實(shí)施例3制作的冷擠壓凹模用于加工T14內(nèi)鋼外塑料錐套式錐體的內(nèi)鋼件，在因破損而報(bào)廢前，可擠壓13500件左右，使用壽命比模具鋼材料制作的冷擠壓模高4 8 倍，比普通硬質(zhì)合金材料制作的冷擠壓模高25 45%，且擠壓表面粗糙度小。
權(quán)利要求
1.一種用于冷擠壓模具的粉末冶金材料，其特征在于該材料各組份的質(zhì)量百分比如下碳化鎢WC含量為30 38 %，鐵！^含量為60 69 %，碳化鉻Cr3C2含量為0. 5 1. 0 %， 碳化釩VC含量為0. 2 0. 6%，氧化鈰Ce2O3含量為0. 1 0. 4% ；其中各組份的粒徑均為0. 6 3 μ m。
2.應(yīng)用如權(quán)利要求1所述的粉末冶金材料制備冷擠壓模具的方法，其特征在于具體步驟如下1)原材料配置按照碳化鎢WC含量為30 38 %，鐵！^含量為60 69 %，碳化鉻Cr3C2含量為0. 5 1.0%,碳化釩VC含量為0. 2 0. 6%，氧化鈰Ce2O3含量為0. 1 0. 4%的質(zhì)量百分比配制混合料，該混合料的粒徑為0. 6 3 μ m。2)球磨混粉將第1)步配制好的混合料與直徑5mm的鎢鋼磨球按照球料質(zhì)量比50 1配比，裝入硬質(zhì)合金研磨罐，按照每公斤混合料中加入300 500毫升的比例關(guān)系加入純度為99%的乙醇，然后密封條件下球磨15 25小時(shí)，再將混合料轉(zhuǎn)入不銹鋼真空研磨罐，在真空條件下繼續(xù)球磨10 20小時(shí)。其中，球磨采用行星式高能球磨機(jī)，球磨參數(shù)設(shè)置為正反轉(zhuǎn)間歇時(shí)間3 5min，轉(zhuǎn)速180 ^Or/min。3)真空干燥向第2、步球磨后的混合料中摻加成形劑，然后放入行星攪拌真空干燥箱中攪拌干燥， 首先在60 80°C下恒溫干燥2小時(shí)以上，最后在110 130°C下恒溫干燥2小時(shí)以上；行星攪拌真空干燥箱的真空度設(shè)置為0. 03 0. IMPa，成形劑為石蠟、順丁橡膠、丁苯橡膠或丁鈉橡膠，摻加量為每公斤混合料中加入15 30g成形劑。4)壓制成形經(jīng)第幻步真空干燥后的粉末裝入制作冷擠壓模用的成形模具中，在壓力機(jī)上壓制成形，單位面積壓力550 850kgf/cm2。5)真空燒結(jié)采用真空燒結(jié)工藝對(duì)第4)步壓制后的冷擠壓模具坯料進(jìn)行燒結(jié)，首先以3 8°C /min 的恒定升溫速度從室溫升到300 500°C，保溫60 120min ；然后以5 15°C /min的恒定升溫速度將溫度升到700 900°C，保溫20 40min ；最后以2 6°C /min的恒定升溫速度將溫度升到1300 1400°C，保溫30 50min，隨爐冷卻后得到目標(biāo)產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于冷擠壓模具的粉末冶金材料及其模具成形方法，屬于冷擠壓領(lǐng)域。本發(fā)明的粉末冶金材料，其各組份的質(zhì)量百分為碳化鎢含量為30～38％，鐵含量為60～69％，碳化鉻含量為0.5～1.0％，碳化釩含量為0.2～0.6％，氧化鈰含量為0.1～0.4％。應(yīng)用該材料制備模具的方法，按照上述比例配置原材料，然后依次經(jīng)過(guò)球磨混粉、真空干燥、壓制成形、真空燒結(jié)得到目標(biāo)產(chǎn)品。本發(fā)明的冷擠壓模具實(shí)現(xiàn)了對(duì)內(nèi)鋼外塑料錐套式錐體零件的冷擠壓加工，達(dá)到了節(jié)約原材料、節(jié)省能源、降低成本和提高生產(chǎn)效率的目的。
文檔編號(hào)B22F3/16GK102389970SQ201110399188
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者劉學(xué)軍, 王小北, 程劍兵, 趙罘, 辛洪兵 申請(qǐng)人:北京工商大學(xué)