專利名稱:熱加工用金屬陶瓷模具材料的制作方法
本發(fā)明屬于金屬陶瓷材料，適用于制做金屬熱加工模具。特別適用于制做有色金屬熱加工模具。
美國專利(US2656596)公布的金屬陶瓷材料其氧化鋁在燒結(jié)體內(nèi)所占體積百分比為5-50%，金屬所占比例為95-50%;而金屬中鉻所占的重量百分比為20～45%，鎢所占金屬中的重量百分比為80～55%。該專利的制做方法是將球磨后的材料進(jìn)行干燥，配入石蠟或水作為粘合劑，再將混合物壓制成型經(jīng)干燥后，在1825℃氫氣保護(hù)下燒結(jié)1-5小時(shí)。另一種制做方法是將混合粉裝入石墨模具中，在1700～1950℃加壓燒結(jié)5-30分鐘。該專利是用于金屬鑄造用的鑄模、熱電偶保護(hù)管和渦輪葉片等制品，作為熱擠壓模具，該專利并沒有介紹任何使用性能。
(《Metals Progress》1984年VoL125、№2 P21-28)發(fā)表了一篇氧化鋯、一種新型的熱擠壓模材料。資料介紹該材料是不完全穩(wěn)定的氧化鋯陶瓷材料，并具有在擠壓條件下工作所期望的機(jī)械和熱力特性，能極好的控制產(chǎn)品尺寸及延長模子壽命。用作銅的熱擠壓模，平均熱擠壓制品為485根，單模最高壽命達(dá)1142根。由此看出，該材料用作銅擠壓模具，使用壽命是不長的。
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)出一種不僅具有良好的熱穩(wěn)定性，高的紅硬性及優(yōu)異的耐磨性，又具備優(yōu)良的抗急冷急熱和抗高溫氧化的，作為銅擠壓模具，其使用壽命長的新型金屬陶瓷材料。
為滿足上述要求，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種新的金屬陶瓷材料，該材料的組成含有金屬W、Cr、Ni、Fe、Co等元素，同時(shí)還加入陶瓷相三氧化二鋁和三氧化二鑭。
本發(fā)明金屬陶瓷材料中的鎢，具有良好的熱強(qiáng)性和紅硬性，熔點(diǎn)高，在所選用的燒結(jié)溫度下，晶粒不易長大，并能與鉻形成固溶體，其重量百分比為40-70%。
在本發(fā)明中加入鉻，可以提高金屬陶瓷材料的耐磨性和抗氧化性，并能阻止表面層熱裂紋的形成與擴(kuò)展。其重量百分比為12-38%。
作為陶瓷相的三氧化二鋁，具有很好的耐磨性和高溫硬度、強(qiáng)度，氧化鋁與氧化鉻形成固溶體，可改善材料的結(jié)合性能，并有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，其加入量(重量百分比)為7-25%。
在本發(fā)明中加入三氧化二鑭和金屬鎳，對金屬陶瓷材料起到了重要作用，三氧化二鑭可與三氧化二鋁形成固溶體，提高了材料的抗熱震性和高溫強(qiáng)度，其重量百分比為0-10%。金屬鎳(或鐵、鈷)可以與鎢、鉻形成固溶體，能夠提高金屬陶瓷材料的韌性、強(qiáng)度和材料的致密度，改善了金屬陶瓷材料的加工性能，其重量百分比為1.5～20%。金屬元素鐵、鈷能夠部分或全部取代金屬鎳，雖然對金屬陶瓷作為熱擠壓模具帶來使用壽命稍有降低或不受影響，作為添加元素加入到本發(fā)明金屬陶瓷中也是可以的，但是金屬元素鎳、鐵、鈷中任一種元素或兩種以上元素添加到本發(fā)明金屬陶瓷材料中，其重量百分比為1.5-20%。
根據(jù)上述理由，本發(fā)明提出的新型金屬陶瓷材料，其化學(xué)成分為(重量百分比)40-70%W;12-38%Cr;0-10%La2O3;7-25%Al2O3;Ni、Fe、Co三個(gè)元素中的一種或兩種以上之和為1.5～20%。
本發(fā)明金屬陶瓷材料是采用粉末冶金工藝制備。其生產(chǎn)工藝流程是配料-混料-成型-燒結(jié)-機(jī)加工。
1.配料按重量百分比稱量各種原料。粉末純度、粒度由表1給出。
表1
2.混料將配制好的粉末裝入硬質(zhì)合金球磨罐內(nèi)，放入重量比為粉末三倍的硬質(zhì)合金球，用乙醇作介質(zhì)進(jìn)行球磨，球磨時(shí)間為100～200小時(shí)，球磨后將粉末烘干。
3.成型將混勻的粉末裝入彈性塑料套內(nèi)，采用等靜壓成型，壓力為2T/cm2，壓制收縮率為18%左右，壓坯密度為理論密度的75～80%。
4.燒結(jié)燒結(jié)是在高溫?zé)Y(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，并有保護(hù)氣體進(jìn)行保護(hù)。
5.機(jī)械加工采用車削加工或磨削加工，都能夠獲得良好的表面光潔度。
本發(fā)明金屬陶瓷材料與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有以下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明作為熱擠壓模具，使用壽命高。
(1)根據(jù)(《Metals Progress》84年VoL125、№2、P21-28)介紹，該公司氧化鋯熱擠壓模具作為銅的熱擠壓模具平均使用壽命485只/模，最高使用壽命為1142只/模。
(2)國內(nèi)一般所采用銅熱擠壓模具材料為3Cr2W8V鋼，而精鑄3Cr2W8V模具材料在銅熱擠壓生產(chǎn)中，使用壽命為27.5只/模。鍛鋼3Cr2W8V銅熱擠壓模具使用壽命為40只/模。
采用本發(fā)明金屬陶瓷材料制做的熱擠壓模具，在與上述工藝相同條件下使用，該模具平均使用壽命為1650只/模，最高使用壽命為3100只/模以上。
2.本發(fā)明金屬陶瓷材料，具有強(qiáng)度高，紅硬性及耐磨性好，并具有良好的韌性，在1000℃溫度下硬度可達(dá)Hv＝510。由該材料制成的銅熱擠壓模具，因?yàn)榫哂惺褂脡勖L，所以減少了工作時(shí)換模次數(shù)，降低模具費(fèi)用約70%以上，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率20%以上。
3.用本發(fā)明金屬陶瓷材料制成的銅熱擠壓模具，具有良好的抗磨損、抗氧化性，在不改變生產(chǎn)條件的情況下，可提高產(chǎn)品成品率5%以上。
實(shí)施例本發(fā)明金屬陶瓷材料最好的實(shí)施方案如下。
根據(jù)所設(shè)計(jì)的化學(xué)成分范圍，配制了4種成分的金屬陶瓷材料，其具體成分(重量百分比)見表1。
表2 4種金屬陶瓷銅擠壓模具的各種成分
本發(fā)明金屬陶瓷材料經(jīng)配料后裝入球磨罐內(nèi)，放入重量比為粉末三倍的硬質(zhì)合金球，并采用乙醇作球磨介質(zhì)，球磨120小時(shí)后出粉并進(jìn)行烘干。再將混勻烘干的粉末裝入彈性塑料套內(nèi)，經(jīng)等靜壓機(jī)壓制成型后，再將成型塊裝入高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)，在保護(hù)氣氛中進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)后的金屬陶瓷塊經(jīng)試驗(yàn)檢測，和加工成的熱擠壓模具的使用壽命見表3表3、該四種金屬陶瓷材料的高溫硬度和熱擠壓模具的使用壽命
權(quán)利要求
1.作為熱擠壓模具用的本發(fā)明金屬陶瓷材料，其特征在于具體化學(xué)成分(重量百分比)W40-70%；Cr12-38%；Al2O37-25%；La2O30-10%；Ni、Fe、Co中的一種或兩種以上之和小于1.5-20%。
專利摘要
本發(fā)明屬于金屬陶瓷材料，主要適用于制做金屬熱擠壓模具。該金屬陶瓷材料含有金屬鎢和陶瓷相三氧化二鋁、三氧化二鑭，同時(shí)還含有鉻、鎳(或鐵、鈷)等金屬元素。因添加了部分金屬元素，改善了該材料的使用性能，作為銅熱擠壓模具材料，平均使用壽命為1650只/模，最高使用壽命達(dá)到3100只/模以上。
文檔編號C22C32/00GK86107658SQ86107658
公開日1987年8月19日 申請日期1986年11月11日
發(fā)明者周鳳池, 肖振聲 申請人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan