高(gao)合(he)金鋼、鎳(nie)基耐熱合(he)金、鑄(zhu)態(tai)鉬合(he)金、燒結鉬鋯合(he)金和難熔(rong)金屬(shu)(shu)(shu)等都屬(shu)(shu)(shu)于低塑性難變(bian)形材料,在(zai)大(da)多數情況下,甚(shen)至在(zai)采用擠壓(ya)(ya)工藝加工時,也顯得可(ke)塑性不(bu)足。在(zai)擠壓(ya)(ya)這類材料時,金屬(shu)(shu)(shu)的(de)連(lian)續性容易遭(zao)到破壞。由(you)于引(yin)起(qi)金屬(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)不(bu)均(jun)勻的(de)流(liu)動而產生(sheng)的(de)拉伸應力,同時金屬(shu)(shu)(shu)與(yu)模具(ju)接觸(chu)層(ceng)(ceng)的(de)溫度(du)比較(jiao)低,擠壓(ya)(ya)模與(yu)擠壓(ya)(ya)芯棒的(de)間隙分布相對(dui)于空心坯(pi)壁厚(hou)的(de)不(bu)對(dui)稱,導致金屬(shu)(shu)(shu)流(liu)動不(bu)對(dui)稱。金屬(shu)(shu)(shu)流(liu)動最(zui)不(bu)均(jun)勻的(de)位置是擠壓(ya)(ya)管的(de)內外(wai)表(biao)面(mian),因(yin)此,在(zai)擠壓(ya)(ya)管內表(biao)面(mian)產生(sheng)缺陷(xian)的(de)可(ke)能(neng)性最(zui)大(da),而外(wai)表(biao)面(mian)則有材料連(lian)續性被破壞的(de)危險。


一、提高材料可塑性


 材(cai)(cai)料(liao)的(de)可塑(su)性降低,導致擠(ji)壓(ya)(ya)鋼(gang)管表面產(chan)生缺(que)陷(xian)的(de)可能性增加。坯料(liao)表面的(de)接觸(chu)摩擦不(bu)均勻(yun),引起鋼(gang)管圓(yuan)周金屬(shu)流動的(de)不(bu)均勻(yun)。為了防(fang)止擠(ji)壓(ya)(ya)制品產(chan)生缺(que)陷(xian),均勻(yun)地(di)涂敷(fu)玻璃(li)潤(run)滑劑顯(xian)得十分重要。除此(ci)之外,對于低塑(su)性難(nan)變形材(cai)(cai)料(liao)的(de)擠(ji)壓(ya)(ya),還(huan)可以采(cai)取以下(xia)工藝措施來提(ti)高(gao)材(cai)(cai)料(liao)的(de)可塑(su)性,防(fang)止擠(ji)壓(ya)(ya)材(cai)(cai)料(liao)連(lian)續性的(de)破壞:


1. 包塑性包套


  在(zai)坯料的(de)(de)內表面上包(bao)一層(ceng)塑(su)(su)性(xing)金(jin)屬,從而在(zai)擠(ji)壓變形時(shi),在(zai)塑(su)(su)性(xing)包(bao)套(tao)(tao)內承受著最(zui)大的(de)(de)拉應(ying)力。當被擠(ji)壓金(jin)屬的(de)(de)可塑(su)(su)性(xing)比(bi)較低時(shi),塑(su)(su)性(xing)包(bao)套(tao)(tao)包(bao)在(zai)外表面。包(bao)塑(su)(su)性(xing)包(bao)套(tao)(tao)有幾種(zhong)方(fang)法:a. 套(tao)(tao)管與坯料用簡單的(de)(de)機械(xie)結合,這種(zhong)方(fang)法最(zui)簡單;b. 電解涂(tu)層(ceng);c. 離(li)心鑄造等。在(zai)擠(ji)壓鎳合金(jin)管(如Ni36GrTiAIMo合金(jin)管)時(shi),采用第(di)一種(zhong)方(fang)法包(bao)塑(su)(su)性(xing)包(bao)套(tao)(tao),擠(ji)壓出的(de)(de)鎳合金(jin)管的(de)(de)內表面質量(liang)如圖5-4所示。


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  在擠壓鎳合金時,用321不銹鋼制作坯料內表面的塑性保護套。保護套的厚度與延伸系數有關,擠壓后塑性層壁厚為0.8~1.0mm.在擠壓Ni38CrTiAlMo5 合金管時,采用3.5mm的碳鋼內套,用電焊將碳鋼管焊接在坯料上。


 2. 采(cai)用(yong)帶(dai)錐(zhui)度的(de)擠壓芯棒


  在擠壓高強度合金時,由于高強度合金的(de)最大(da)變形力(li)很大(da),為(wei)了減小(xiao)變形力(li),采用端部帶錐度的(de)擠壓芯棒。


3. 坯(pi)料前端(duan)焊接碳鋼(gang)墊片(pian)


  擠(ji)壓(ya)(ya)高(gao)強度鎳合(he)金(jin)管時,將碳鋼制(zhi)成(cheng)50mm厚(hou)的(de)(de)墊(dian)片,并將其焊接在坯料前端。這樣可以降低開始(shi)擠(ji)壓(ya)(ya)時最(zui)大(da)壓(ya)(ya)力的(de)(de)峰值(zhi),擠(ji)壓(ya)(ya)完成(cheng)后碳鋼墊(dian)片會形成(cheng)擠(ji)壓(ya)(ya)管的(de)(de)前端。


4. 坯料后(hou)端焊接(jie)塑性墊片


  為(wei)了充(chong)分利用貴金屬,并使擠壓后(hou)擠壓管與壓余容易分離,在(zai)個別(bie)情況(kuang)下可將塑性(xing)墊片焊接(jie)在(zai)坯料的(de)后(hou)端,墊片的(de)厚度應該是使其完全成為(wei)壓余的(de)厚度。


5. 用反擠壓(ya)法提高材料的塑性


  在變(bian)形條件下,當變(bian)形區內建立起推力時,工作液體的(de)靜壓力可以增高到(dao)金屬材料屈服極限的(de)5~6倍(bei),因而(er)甚至(zhi)可成(cheng)功擠壓易碎的(de)材料,如(ru)粉末冶金的(de)坯料、灰口(kou)鐵等。


6. 建立“反(fan)壓力(li)”


  在實際工業生產中,用低塑性合金擠壓管子時,采用將擠壓模的圓柱帶從10mm增加到15~25mm或者以小角度代替圓錐部分,即采用模子的人口角為5°~15°,使其建立“反壓力”,可成功地用鎳合金坯料擠壓出鎳管而沒有破壞。此時,工作液體的靜壓力僅提高到(1.5~1.8)σb


7. 降低坯料加熱溫度(du)


  當擠壓管有一層易碎(sui)材(cai)料的(de)(de)(de)雙金(jin)屬管或雙層管時,為了提(ti)高變形區內(nei)工作液體的(de)(de)(de)靜壓力,可采用降低(di)坯料加熱溫度的(de)(de)(de)方(fang)法。在(zai)這種情況下,易碎(sui)層的(de)(de)(de)可塑性顯著(zhu)提(ti)高,防止了裂紋的(de)(de)(de)產(chan)生。


8. 采用帶圓錐(zhui)孔型的(de)模具


  俄羅(luo)斯巴爾金中央(yang)黑色冶金科(ke)學研究(jiu)院在(zai)拼(pin)壓(ya)不銹鋼(gang)、鎳基高溫合金和(he)難(nan)熔金屬時,采(cai)(cai)用(yong)帶(dai)圓錐孔型的模子進(jin)行試(shi)驗,其(qi)最小的擠(ji)壓(ya)力(li)是發生在(zai)采(cai)(cai)用(yong)的擠(ji)壓(ya)模喇(la)叭(ba)口(kou)入口(kou)角度2am=90°~120°的情況(kuang)下(xia),擠(ji)壓(ya)模的進(jin)口(kou)喇(la)叭(ba)口(kou)入口(kou)角在(zai)90°~120°間(jian)上下(xia)波(bo)動,都會(hui)使擠(ji)壓(ya)力(li)平均增(zeng)加10%~15%。


9. 采用(yong)鉬(mu)合(he)金(jin)“可(ke)拆換環”的組合(he)結構擠(ji)壓模


  組(zu)(zu)合模(mo)由模(mo)盒(he)、模(mo)環(huan)、彈(dan)(dan)簧組(zu)(zu)成,為了(le)提(ti)高擠(ji)壓過程的穩定(ding)性,模(mo)環(huan)可(ke)采用鉬合金(MTZ)制作(zuo)。擠(ji)壓操作(zuo)時,可(ke)由10~16個鉬合金環(huan)組(zu)(zu)成的擠(ji)壓模(mo)輪流作(zuo)業,由于模(mo)盒(he)與模(mo)環(huan)借助于彈(dan)(dan)簧固(gu)定(ding),可(ke)以方便地裝卸。



二、特殊結構組(zu)合(he)擠壓模(mo)的使用


  為了確保玻璃潤滑劑的連續供給,保護擠壓模工作部分免受過熱和磨損,俄羅斯巴爾金中央黑色冶金科學研究院專門針對鎳基高溫合金和難熔金屬的擠壓設計了具有特殊結構的組合擠壓模,其結構如圖5-5所示。


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  該擠壓模由金屬模套1、特殊材料擠壓模2和特殊形狀潤滑墊3組成。潤滑墊3既是模子組成形狀的一部分,也可作為變形金屬的潤滑源。收縮錐的AB外環高度為h1,角度為α1,定徑孔直徑為2r1;內環高度為h2,錐角為α2,定徑孔直徑2r2<2r1.在該模子中,變形區的側面形狀的長度包括AB和BC兩部分,形成帶有由玻璃潤滑材料構成的入口錐的雙錐形孔型。模子平面BCDEF 被玻璃潤滑劑填滿,玻璃潤滑劑形成了第二個壓縮錐BC,其角度為αk為:


式 1.jpg


 式(shi)(5-1)包含了設計(ji)擠壓模(mo)孔(kong)型時的全(quan)部要素尺寸。


 改變第一和第二個圓錐之間的延伸系數的比值、角度α1和α2以及內部嵌入物的輪廓尺寸,可以得到不同定徑帶的配合,且同時并不超過模子的基本尺寸(高度h1).在r1=Rk時,可得到由母線AC和角度α所成的圓錐模子定徑帶;在r1=r2時,在模子中產生凸緣長度為BC的圓錐或平面(α1=90°)定徑帶。因此,模子潤滑錐的角度a,可以在α~0°范圍變化。


 將(jiang)粉末(mo)狀玻璃(li)潤滑劑(ji),附加黏結劑(ji)(水玻璃(li)、紙漿(jiang)廢液等)的混合(he)物裝(zhuang)入(ru)組(zu)合(he)模(mo)干燥后使用。


擠壓前,在擠壓模上部的圓錐上放置玻璃潤滑墊。擠壓過程中玻璃的剩余物充滿空間3。在擠壓負荷的作用下,玻(bo)璃(li)潤滑劑(ji)被擠壓成模子不可分離的部分。模子中位于直接鄰近定徑區的玻璃潤滑劑可形成連續的玻璃膜,保證金屬在流體動摩擦條件下完成變形。而玻璃潤滑劑的隔熱性能可降低模子凸緣部分金屬的受熱程度,從而提高擠壓模的使用壽命。新型結構組合模的應用實踐表明,單從模子的使用壽命來考慮,新型結構組合模的使用壽命是圓錐模的數倍。


 擠壓含硼的不銹鋼產品時發現,產品縱向和橫向上的力學性能存在較大的各向異性,這是由于附加相的縱向變形顯著或不溶性非金屬化合物在縱向呈條狀所致。


 為了避免擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)產(chan)品出現(xian)性能(neng)的(de)(de)各(ge)向(xiang)異性,擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)時強(qiang)迫產(chan)品在(zai)成(cheng)形(xing)(xing)過程中進行旋(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)轉,造(zao)成(cheng)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)產(chan)品性能(neng)各(ge)向(xiang)異性的(de)(de)相組(zu)織條紋線(xian)呈螺旋(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)形(xing)(xing)布(bu)置。在(zai)模(mo)子(zi)錐形(xing)(xing)部分刻成(cheng)螺旋(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)形(xing)(xing)的(de)(de)凹線(xian),而在(zai)模(mo)子(zi)的(de)(de)圓(yuan)柱帶無這(zhe)種凹槽。擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)時,產(chan)品依靠這(zhe)種專門的(de)(de)模(mo)子(zi)旋(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)轉,完成(cheng)附加相的(de)(de)螺旋(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)形(xing)(xing)分布(bu),擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)出的(de)(de)鋼管仍具有光滑外表面。在(zai)采用帶凹線(xian)入口錐形(xing)(xing)模(mo)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya),含硼產(chan)品力學性能(neng)的(de)(de)各(ge)向(xiang)異性明顯下降。