[发明专利]一种自润滑挤压模具的双金属组合制造方法

说明书

本发明提出了一种自润滑挤压模具的双金属组合制造方法，其上模工头镶件和下模内腔镶件用共晶石墨钢制造，而上模和下模的其他部分用H13钢制造；共晶石墨钢由以下元素组成：C：3.62～3.7wt％，Si：2.3～2.56wt％，Ni：6.5～8.2wt％，W：1.0～3.0wt％，Mo：1.0～2.0wt％，V：0.5～1.5wt％，Cr：0.5～1.5wt％，Al：0.7～1.6wt％，Mg：0.03～0.04wt％，余量为Fe；共晶石墨钢采用模铸或连铸两种方法制备，型材中共晶团石墨球数量在300个/mmsupgt;2/supgt;‑500个/mmsupgt;2/supgt;之间、石墨体积分数大于6％。本发明采用具有摩擦系数小、硬度高的耐磨损、可互换的自润滑共晶石墨钢镶件，从而延长模具整体的寿命，显著降低铝、镁合金挤压成型制造中的模具消耗成本，最终降低铝、镁合金的生产成本。

技术领域

本发明属于铝、镁合金型材挤压成型技术领域，具体涉及一种自润滑挤压模具的双金属组合制造方法。

背景技术

目前铝、镁合金型材挤压行业在用的4Cr5MoV系热作模具钢(又称H13模具钢)，虽能满足500℃-550℃挤压的高温强韧性要求，但由于铝热反应引发的铝材于挤出通道腔壁生成氧化铝和铝铁化合物等硬质点粘黏，增大了铝材与模具挤出结合面的摩擦系数。而且在每秒10米以上、摩擦磨损温度大于500℃的挤出铝材热磨损下，仅靠淬火高温回火获得50HRC左右硬度的H13钢模腔挤出通道，其硬度尚不具备3小时型材挤出周期内、保持挤出通道单边磨损量小于30微米的耐久性。因此，生产线上每挤压1-2小时，需要拆下模具、清理内腔后，再进行以增加表面硬度为目的、长达8-10小时的碳氮化处理。即使如此，由于每次氮化后挤出型材总会发生挤出通道磨损，故，一套挤压模具经6-8次循环、挤出型材约8-10吨、累计使用时长约20小时后，也会因挤出通道尺寸超差而报废。

发明内容

分析模具的受力特点和失效机理可知：挤压模具上模“分流通道”虽承担铝棒一分为四、甚至六的强大挤压力作用，但“分流通道”对型材断面结构精准度几乎没有影响。因为挤出型材的尺寸精度完全由上模“工头”嵌入下模“模腔”形成的“型材挤出通道”决定。只要提高上模“工头”的四个柱面和下模“模腔内壁”对500℃铝材挤出的耐磨性，即可延长模具的使用寿命，甚至免去因周期性氮化带来的使用成本增大和备用套数的增加。

欲减小500℃铝材挤出时“工头”四个柱面和下模“模腔内壁”的磨损率，则其材质应具备如下性能：(1)具有消减因铝热反应引发氧化铝和铝铁化合物等硬质点对模腔粘黏的特性，进而通过减小铝材挤出时的结合面摩擦系数以减小模腔磨损率；(2)在低摩擦系数的前提下，如再具有不低于氮化层的高温硬度，则挤出铝材的磨损率必会显著减小。

结合挤压模具的受力状态和失效机理分析，并依据如下材料学原理：(1)铁碳系熔体液固转变过程中凝出的小间距石墨球，可在挤出通道切向力作用下沿结合面铺展成自润滑石墨膜，进而抑制铝铁粘黏而起到自润滑作用；(2)镶嵌于基体中的石墨碳，在高温奥氏体化时，可以高浓度固溶于基体之中，经淬火加高温回火时，与铬、钨、钼、钒等碳化物形成元素结合弥散析出，进而提高基体硬度。

基于此，本发明提供一种用含有镍、铬、钨、钼、钒、铝等合金元素的、600℃回火硬度大于氮化层硬度(HRC58以上)的共晶石墨钢，制造出上模“工头”和下模“模腔”，镶嵌于高强韧H13模体之中，形成由H13模体和共晶石墨钢组合而成的自润滑双金属挤压模具。

一种自润滑双金属挤压模具，其上模工头镶件和下模内腔镶件用共晶石墨钢制造，而上模和下模的其他部分用H13钢制造；

所述共晶石墨钢由以下元素组成：C：3.62～3.7wt％，Si：2.3～2.56wt％，Ni：6.5～8.2wt％，W：1.0～3.0wt％，Mo：1.0～2.0wt％，V：0.5～1.5wt％，Cr：0.5～1.5wt％，Al：0.7～1.6wt％，Mg：0.03～0.04wt％，余量为Fe；

一种自润滑挤压模具的双金属组合制造方法，具体步骤包括：