[发明专利]一种用于冷挤压模具的粉末冶金材料及其模具成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于冷挤压模具的粉末冶金材料及其模具成形方法，属于冷挤压领域。

背景技术

目前，在高层建筑和水利水电现浇混凝土工程施工中，对于地下室外墙及需要防水的墙体模板，通常使用止水螺栓固定，一个建筑面积2万平方米的高层建筑地下室外墙止水螺栓的需要量大概在1万套以上，一个类似南水北调倒虹吸这样的工程，如果有30节长20米的三孔管子的话，其止水螺栓的需要量也在5万套以上，所以，建筑施工中需要止水的现浇混凝土结构对止水螺栓的需求量非常巨大。

止水螺栓分成三节，即一个中间节、两个锥体和两个外周转节，中间节埋入混凝土后不取出来周转，两个锥体必须取出来周转，锥体的制作目前有两种方式，第一种是整体球墨铸铁锥体，第二种是采用内钢外塑料锥套式锥体，如图1所示。

对于第一种球墨铸铁锥体，在铸造完后需要在车床上车削锥面，由于铸造件难以避免地存在常见的缩孔、缩松、裂纹、浇不足和冷隔等铸造缺陷，所以废品率很高，因此而造成实际成品的生产成本较高。另外，这种球墨铸铁锥体在实际使用时，一旦拆模不及时或施工时模板跑位，常常很难取出来，有的甚至不用凿子凿墙，就根本取不出来，严重影响施工企业的生产。

第二种内钢外塑料锥套式锥体是目前普遍采用的止水螺栓锥体的制作方式，如图2所示，内钢件的外轮廓为台阶轴形，且大端带六角，台阶轴形的设计目的是固定外塑料锥套，大端带六角的目的是便于使用内六角套筒扳子将锥体从混凝土墙里取出来，内钢件的制造工艺通常有两种办法，第一种办法是采用车床车出台阶，采用铣床铣出大端六角；第二种办法是采用热锻工艺锻压出来。第一种工艺方法生产成本非常高，且耗料多，效率低；第二种工艺办法需要加热，成本也较高。

冷挤压工艺加工内钢外塑料锥套式锥体，可以达到节约原材料、节省能源、降低成本和提高生产效率的目的，但冷挤压工艺必须使用模具，并且对模具有极高的要求，不但其硬度和强度要高，而且还要有很好的断裂韧性和抗破损性能。

国内冷挤压模具材料基本上都采用模具钢制作，最典型的冷作模具钢材料有Cr12和Cr12MoV，对挤压精度和使用寿命要求不高且负荷不大的冷作模具钢材料，常采用9Mn2V、9SiCr、CrWMn、T8A、T10A和T12A等，这些材料通常在退火状态经机械加工成形，然后淬火，再回火，热处理后的最终硬度在HRC55～65范围内，当这些材料制作的模具硬度偏高时，通常非常脆且钢材内部组织应力大，使用过程中，在大变形疲劳应力的作用下很容易破损；而当硬度偏低时，虽然韧性较好，不易破损，但磨损很快，使用寿命很低，需要经常更换冷挤压模具。

用于制作冷挤压模具零件的材料除了模具钢外，还有粉末冶金材料，粉末冶金材料通常比模具钢的硬度要高得多，HRC65～75，但韧性却差得很远，最典型的粉末冶金材料是硬质合金，能用于制作冷挤压模具、硬度较高且韧性较好的硬质合金材料主要有钨钴类硬质合金，它是把WC硬质颗粒用金属Co或Ni作粘接剂，经高温烧结而成的一种高硬度材料，尽管硬度非常高，且耐磨，但韧性很差，在大变形强挤压力反复作用下易破损，使用寿命较低，所以，即使含粘接剂较多，一般也很少用作冷挤压模具，而只是在拉丝模领域有所应用。

由于止水螺栓的需求量非常大，内钢外塑料锥套式锥体内钢件的加工精度要求又比较高，内钢件的台阶和六角的挤压变形量又非常大，因此传统的模具钢和粉末冶金材料制作的模具均不能满足该零件的加工要求，对生产企业来说，如果模具寿命不高，将直接影响到生产的进度和连续性，并进而影响到企业的效益。

传统的模具钢和粉末冶金材料各有特点，前者的优点正好是后者的缺点，前者的缺点也正好是后者的优点，因此，寻求一种新型冷挤压模具材料，使它既具有很高的硬度和耐磨性，同时又具有很高的断裂韧性，对于象内钢外塑料锥套式锥体内钢件这种大批量、大变形、高负荷、高精度和高效率冷挤压零件来说，非常必要。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统车铣工艺或热锻工艺在加工内钢外塑料锥套式锥体存在成本高、效率低等缺点，而改用冷挤压工艺加工，从而提供一种适应该工艺来加工内钢外塑料锥套式锥体的冷挤压模具的粉末冶金材料及其模具成形方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种用于冷挤压模具的粉末冶金材料，该材料各组份的质量百分比如下：