冷挤压模具材料的选择及工艺设计(活，(钨合金压铸模材料——用于压铸铜合金零件的长寿命模具材料)
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冷挤压模具材料的选择及工艺设计(活，
14、留了硬质合金的高硬度和高耐磨性，并具有硬质合金所没有的较好的抗弯强度和韧性，是一种新型的冷挤压模具材料。
(6)合金碳素工具钢在碳素工具钢的基础上加入合金元素，性能与碳素钢类似。
2.320CrMnTi性能特点2.220CrMnTi的成分分析20CrMnTi的化学成分（wt%）CSiMnCrPSNiCuTi0.170.230.170.370.801.101.001.300.0350.0350.0300.0300.040.10各合金元素的作用：C的作用：钢中含碳量增加，硬度、屈服点和抗拉强度升高，但延展性、磁性、可锻性、电导性、塑性、塑性应变比R和冲击性降低。
15、%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢的含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀。
Si的作用：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.150.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.500.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限、屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.01.2%的硅，强度可提高1520%硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅14%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
Mn的作用：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度。
提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰1114%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗和球磨机衬板等。
锰量增高，拉伸强度、韧性、加工性及切削性增加，延缓硬化，减弱钢的抗腐蚀能力，减少冷热脆性，降低焊接性能，塑性降低。
P的作用：在一般情况下，磷是钢中有害元素。
磷能溶于铁素体，使铁素体在室温下强、硬度升高增加，塑性降低，发生冷脆，同时也使焊接性能及冷弯性能变坏。
17、小于0.045%，优质钢要求更低些。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫偏析现象严重，且很难经扩散退火完全消除，硫化物夹杂促使钢中形成带状组织，恶化冲压性能。
所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性通常称易切削钢。
Ni的作用：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。
镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。
但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。
18、著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。
铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢、耐热钢的重要合金元素。
Cu的作用：铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。
缺点是在热加工时容易产生热脆铜含量超过0.5%塑性显著降低。
它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力，降低时效敏感性和冷脆性，改善焊接性能。
在Cr18Ni9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。
20CrMnTi的含碳量为0.20属于低碳钢，渗碳时保证了碳元素的正常渗入。
淬火热处理后心部获得低碳马氏体，以保证心部具有足够的塑性和韧性，抵抗冲击载荷。
19、冷挤压模具的加工工艺3.1活塞销冷挤压模具的加工工艺路线根据上述零件技术要求，现拟定如下工艺路线：下料锻造模坯退火机械粗加工冷挤压成形机械精加工渗碳淬火、回火研磨抛光装配。
工艺流程虽然不太复杂，但各工序必须有严格的详细的施工说明，这样才有挤压模具的高质量。
如锻造时应根据20Cr钢材料要求制定及执行预热加热始端中锻的温度、时间及镶拔次数等技术规范。
锻后还应放入干燥的石灰粉中冷却，以防冷却速度过快。
3.2锻造模具在热处理前的原始组织状态和流线方向对热处理变形有很大的影响，它不仅影响模具的强度和韧性，更会对模具。
20、热处理后尺寸变化出现各向异性，特别是在连接部位和转角处，易产生圆度超差等质量问题。
因此，必须对毛坯进行反复镦拔，使碳化物不均匀性3级，流线与模具工作表面相垂直。
锻造时应注意锻造温度不易过高，而且要分段加热，预热温度为800850，加热温度为10501100；另外终锻温度也不能过低，一般为850900。
21、20CrMnTi热处理3.3.120CrMnTi退火（预处理）Ac1稍上温度的奥氏体化等温球化退火工艺7901.5h,随炉降至6903h,再随炉降至600，出炉入缓冷。
球化退火可满足冷拔、冷镦和冷挤压冷变形的需要。
图220CrMnTi球化退火工艺曲线3.3.220CrMnTi工艺（渗碳及回火淬火等工艺）渗碳齿加工完以后，进行渗碳。
采用井式炉900-920渗碳，渗碳时间根据所要求的渗碳层厚度1.01.4mm查表920渗碳时渗层厚度与时间的关系，确定为6小时。
具体渗碳后该零件组织如图1所示，表层为珠光体与二次渗碳体混合的过共析组织，其中二次渗碳体呈网状，心部为珠光。
22、体与铁素体混合的亚共析原始组织，中间为过渡区，越靠近表面层铁素体越少。
这样渗碳以后，就为淬火+低温回火工序做好了准备。
图320CrMnTi活塞销渗碳缓冷后的金相组织淬火加低温回火钢的淬火温度一般可根据Fe-Fe3C相图选择，亚共析钢淬火加热温度选择Ac3以上3050，过共析钢淬火加热温度选择Ac1以上3050。
根据渗碳后齿轮的表层含碳量的分布状况及实践经验从920预冷到860左右进行油冷可以得到好的效果。
加热温度过高或保温时间过长，会引起奥氏体的晶粒粗大引起过热或晶界氧化并部分熔化的过烧现象。
过热时奥氏体的晶粒粗大不仅降低齿轮力学性能，也容易引起齿轮的变形和开裂。
23、度过低、保温时间不足会引起硬度不足。
故可选择920温度渗碳，预冷860左右油冷淬火。
淬火冷却速度太快，奥氏体向马氏体组织转变剧烈、体积收缩，引起很大的内应力，容易造成齿轮的变形和开裂，由于20CrMnTi是合金钢，淬透性较好，故选择油冷减小冷却速度，防止淬火造成齿轮变形或开裂。
淬火后的钢组织是马氏体及少量残余奥氏体，它们都是不稳定的组织，有向稳定组织转变的趋势，同时淬火时产生内应力。
为了减小或消除淬火内应力，稳定组织和尺寸，获得所需的力学性能，选择在260进行4小时低温回火工艺。
低温回火时马氏体中过饱和碳原子以碳化物的形式逐步析出，马氏体晶格畸变程度减弱。
虽然马氏体的分解使-Fe中碳的过饱和程度降低，钢的硬度相应下降，但析出的碳化物又对基体起强化作用，部分的残余奥氏体分解为回火马氏体，所以零件仍保持很高的硬度、耐磨性和一定的韧性。
经淬火+低温回火热处理后，零件最终组织为：表面为细小的片状回火马氏体及少量的残余奥氏体和碳化物，硬度为HRC58-62左右，而心部是由回火低碳马氏体、铁素体和细小的珠光体组成，其硬度为HRC35-45，并且具有较高强度以及足够高韧性和塑性。
图420CrMnTi活塞销渗碳及淬火等热处理曲线4冷挤压模具在使用过程中可能出现的失效方式以及提高寿命方法。
25、冷挤压模具在使用过程中可能出现的失效方式主要有四种，即磨损、塑性变形、疲劳破坏和断裂，其中磨损和疲劳破坏属正常失效形式。
4.1磨损冷挤时，由于被挤材料在模具表面激烈地流动，造成模具工作表面容易磨损，按照磨损机理的不同，冷挤压模具的磨损又分为粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损。
4.1.1粘着磨损由于冷挤时被挤金属在模具表面的激烈流动，所以被挤金属与凹凸模工作表面产生相对运动，于是分别构成了滑动摩擦付，当表面不平时，便会出现峰顶接触，由于接触面积小，峰顶压力很高，足以引起塑性变形，导致接触还发生粘着现象。
在相对滑动情况下，粘着点被剪切，塑性材料就会转移到另一工件表面上，于是出现粘着剪切再粘着的。
26、循环过程，这就形成了粘着磨损，我们的凹模芯及凹模出现的“拉毛”现象就属于此类。
引起粘着磨损的有以下几个因素：材料特性脆性材料比塑性材料的抗粘能力强。
性大的材料组成的摩擦付粘着倾向大，互容性小的材料（异种金属或晶格不相近的金属）组成的摩擦付粘着倾向力小。
从金相组织上看，多相金属比单相金属粘着倾向力小，化合物相比单相固溶体粘着倾向小。
因此，对冷挤压毛坯及模具进行表面处理来避免金属相互摩擦。
挤压速度一般来讲，挤压过程中，挤压速度主要取决于被挤材料的可塑性所允许的变形速度。
表面光洁度表面光洁度越高，抗粘着磨损能力越强。
提高模具表面光洁度，可使接触面积增大，各点接。
27、触压力减小，但过高地提高表面光洁度，因润滑剂不能存储于摩擦付表面内，反而促进粘着。
温度由于冷挤时金属流动速度很快，所以产生的热量很大，通常达200-400以上，因此模具材料必须具备高的热稳定性，否则将因模具材料处于回火状态而降低强度，并促使粘着磨损的产生。
润滑油脂润滑状态对粘着磨损影响较大，能适应高强度、重载荷的冷挤压油。
目前国内尚在研制中，还有部分依赖进口解决，目前采用的MoS2就是一种良好有润滑剂。
4.1.2磨粒磨损冷挤时由于润滑油的不清洁等因素，带有硬的颗粒进入模腔，于是产生微量切削或刮擦作用而引起模具表面脱落。
一般情况，模具材料硬度越高，耐磨性越好，但在火花塞壳体冷挤中，必须先考虑提高。
28、材料强度和毒性，再考虑材料的硬度，以防脆断或早期破坏。
4.1.3腐蚀磨损冷挤压中的腐蚀磨损主要是氧化磨损，它是通过氧化物的磨损过程进行的。
金属表面与氧化膜被磨损后又形成新的氧化膜，然后又被磨掉。
它与滑动速度、接触压力、介质状态等有直接关系。
在冷挤过程中，粘着磨损、磨粒磨损和氧化磨损往往是相互伴随发生的。
冷挤压的磨损实际上是一种复合磨损形式，如果稍微处理不当，磨损是相当厉害的。
减少磨损的办法主要是良好合理的设计，降低摩擦，使金属流向合理，提高模具光洁度，选择合适润滑剂，选用耐磨性好的材料，以提高模具的耐磨性。
4.2塑性变形火花塞壳体所需的单位挤压力是很大的，尤以四序为最大，共有420KN，而凸。
29、模主要工作截面直径不到15mm，且最小处仅为8.6mm，在冷挤时所受的负荷很大，在材料一定的情况下，只要热处理稍有不慎，即可能发生镦粗、折断的现象。
四序冲头发生镦粗的现象是由于挤压时，它所受的工作应力超过弹性极限，在最初的几次或几十次便会出现直径漲大0.1或更多，曾发生由于冲头涨大而卡死，造成模具损坏。
镦粗部位一般发生在距工作端部长约1/3-1/4凸模长度的地方。
防止模具产生塑性变形的方法是选择合适的模具材料，采用先进的热处理工艺，使其在保持韧性的前提下，尽可能具有足够的强度和硬度。
4.3疲劳破坏疲劳破坏属于冷挤压模具一种正常的失效形式，它是由于应力的反复作用，在应力集中部位造成疲劳裂纹，疲劳。
30、裂纹扩展而造成断裂破坏，这在凸凹模随处可见。
火花塞壳体冷挤压中，疲劳破坏最多的是四序冲头及四序凹模，这跟它们的受力状况有关。
四序属于复合挤压，先正挤、随后反挤，正挤时，冲头承受压应力，当同心度不是很高时，还受弯曲应力。
反挤时，先承受压应力和弯曲应力，在回程时还受到拉应力，即冲头呈不对称循环的交变应力作用，从而导致疲劳裂纹的产生。
同时冲头在冷挤过程中，由于火花塞壳体变形时的热效，应和流动金属与模具表面的摩擦，都有大量的热产生，使冲头温度升高，通常都在200-400以上，从冲头工作端部色看，甚至可达500以上。
当退出工作，加润滑剂及工作间隙，模具表面散热降温，这就使冲头表面受到交变的热应力作用，将。
凹模在挤压过程中，同时受到径向、轴向和切向拉应力。
径向和切向拉应力是金属变形时对凹模型腔内壁的压力所造成的，轴向拉应力是由于由于金属剧烈流动与凹模内表面发生强烈摩擦形成的。
在这四种应力的反复作用下，在凹模的内壁易造成径向疲劳裂纹，一般发生在应力集中的部位。
4.4断裂断裂是冷挤压发生的一种不正常的失效形式，按断裂的性质有韧性断裂和脆性断裂两种。
韧性断裂是应力超过屈服极限，这在冷挤压中不存在。
冷挤压模具基本上属于脆性断裂，在断裂前没有屈服现象。
在火花塞壳体冷挤压的实践中，我们见到的脆性断裂主要有两种情况：一种情况是机械手失灵造成冲头及凹模不正常。
钨合金压铸模材料——用于压铸铜合金零件的长寿命模具材料
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