[发明专利]电热镦粗砧块的制造方法

说明书

木发明采用粉末冶金方法制造粉末冶金制品及合金材料；本发明所述的砧块是用于电热镦粗工艺的关键配件。

电热镦粗工艺是机械制造工业中一种少或无切屑的精密锻造工艺。该工艺材料利用率高，生产效率高，能源消耗低。它是借助在直接通电的情况下，使工件局部发热，然后在镦粗压力持续作用下使工件变形，在这一过程中，镦块材料承受着大电流，高温昨镦粗高压的持续作用。因此，不仅要求砧块材料具有良好的导电、散热性能，还应具有较高的高温强度、硬度和抗氧性能。此外，由于电热镦粗过程是一个断续的周期性作业，砧块材料还将承受热疲劳应力的反复作用，特别是随着内燃机燃气温度的提高，对气门钢材质的性能，如耐高温性能、耐磨性能等也有更高的要求，由于气门钢种的发展，要求具有高性能的砧块材料相适应，一种高性能的气门钢材能否镦粗，在很大程度上也依赖于砧块材料的选择与合理应用。可见，砧块材质的性能直接影响到气门质量及电热镦粗工艺的发展。

在电热镦粗工艺的初期，用3Cr2W8V工具钢作砧块材料，由于电流经过内部，不仅使砧块的表面层受热，材料内部的温度也高达800℃以上，并长期承受镦粗压力的反复作用，因此在镦粗温度高达1150℃时，这种材料在一般高温(700℃左右)下所具有的那些良好性能几乎不复存在，所以3Cr2W8V砧块的使用寿命不高。

七十年代，使用Cu-W₈₀合金作砧块，该合金系以钨为基，钨的熔点高达3410℃，在电热镦粗的高温下，由于钨起骨架作用，而具有较高的高温硬度和抗变形能力，使用寿命得到明显提高。但由于铜含量(Cu-W₈₀是一种假合金)，在镦粗温度下，已超过铜的熔点(1083℃)，铜已软化，甚至熔化，因此仅仅对40Cr等硬度不太高的钢材具有好的适应性。

图1、2、3、4展现了采用上述已有的材料制造的砧块之工作面，在电热镦粗反复作用下逐渐产生变形坑的情况及对气门质量影响情况。

图1为变形的砧块是在棒料反复作用于砧块面，使砧块面逐渐出现变形坑，被镦压的砧面材料逐渐被挤压外移；

图2为棒料的蒜头部分产生折叠前身，可见被镦粗的棒料蒜头部分相应于变形的砧块面出现环形沟槽，当模锻成型后，气门大端面便产生如图3、图4所示的料圈和环形折叠，由此可见采用W-Ni-Cu系合金制作的砧块，不能满足电热镦粗用砧块的材料综合性能的要求，特别是不能满足排气门的电热镦粗砧块的材料综合性能的要求。降低了气门质量，生产过程中砧块工作面修平次数多，更换频率高，至使生产效率低，电能消耗大。

本发明的目的在于针对已有砧块材料性能的不足，而提供一种具备如下良好材料性能的砧块：

1．导电性能，即能保证在镦粗过程中有良好的导电性，在额定功率下，使被镦粗的工件局部发热，而砧块本身不要过热。

2．耐高温的硬度(高的红硬性)和高温强度，在镦粗的高温高压下，砧块材料保持不易变形。

3．良好的抗氧化性能和电弧烧蚀性能。

4．砧块的使用寿命长。

本发明为达到上述目的，采用W－Ni－Fe系列钨基合金用粉末冶金的方法制成砧块或再经复合工艺制成复合砧块能满足电热镦粗机及材料结构镦粗要求的砧块，其特征在于：

制造砧块用的合金成分中加入钼，具体为：

Ni 2～4％、Fe 1～3％、Mo 5.5～7.5％、余量为W。

制造砧块用主要粉末原料为：

钨粉：假比重：2.5～3.40克/厘米³

      平均粒度：2.5～3.5μ

      镍粉：99.8％,2.9～4.2μ

      铁粉：98.0％,6.0～7.2μ

      钼粉：99％,2.9～3.5μ

具体制造工艺步骤为：

1．配料与混料：按重要百分比进行配料。球磨混料时按球：料=1∶5，加入酒精作球磨介质进行湿磨，球磨10至24小时。然后加入成型剂硬脂酸1％均匀干燥。

2．成型：按产品规格大小，称料，冷压钢模成型，压制压力为1000～4000MPa。

3．预烧：在氢气保护下，于800℃预烧1-2小时。

4．烧结：在钼丝炉中，通氢保护，为了保证获得具有好的综合性能的合金，于1350～1500℃之间，在高温区停留1～4小时，烧结后在炉端水套通水冷却。

5．检验：按产品性能标准检验。

其复合工艺说明：