CN1003718B - 热辗压用钼基金属陶瓷模具材料 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属陶瓷领域。主要是适用于制备热辗压模具的材料。本发明所设计的金属陶瓷材料是以金属钼为基，同时又加入了陶瓷相和其它金属元素。由于本发明材料中陶瓷相本身具有良好的化学稳定性和耐磨性，同时在高温下与室温时硬度相差不大，又能与金属元素形成固溶体。因此能提高本发明材料的抗热震性能和高温强度。采用本发明材料所制备的热辗压模具使用寿命高，产品质量好，成品率高，并能长时间连续工作而模具不发生变形。
Description
本发明属于金属陶瓷材料，主要适用于热辗压成型材的模具用料。
摆动辗压是本世纪六十年代开始进入实用阶段的一种新的压力加工方法，由于它具有省力、精度高、节省能源和原材料、易于实现机械化，可以实现少、无切屑加工，也无公害等优点，因此摆动辗压技术发展很快，尤其是冷辗和温辗技术发展很快，而热辗压技术由于受模具所存在问题的限制，发展速度很慢。
目前，在热辗压技术领域中，作为热辗压模具材料，通常所使用的模具用料有高温合金（GH135）、钼合金（TZM）、硬质合金（TiC）和3Cr2W8等材料。但是这些材料作为热辗压模具都因使用寿命低而限制了热辗压技术的发展，这些模具材料还存在着模具加工费用高和所生产的产品质量差等缺点。因此上述材料作为热辗压模具用料因不适合热辗压技术领域发展而逐渐地被淘汰。
本发明的目的是设计出一种具有使用寿命长和高温强度高、抗热疲劳性能好和在工作时不粘氧化铁皮又具备自润滑性能好的用作制备热辗压模具的钼基金属陶瓷材料。
由本发明设计出的金属陶瓷材料，其化学成分为（重量%）Mo35～75%;Al2O37～30%;Cr10～35%;La2O30～12%;Ni、Fe、Co三种元素中的任一种或两种以上之和为1～15%。
由于采用了上述的成分设计，本发明金属陶瓷有良好的抗热疲劳性能，由这种材料制备的模具，在850～1120℃温度下和交变偏心载荷作用下能长时间连续工作而不变形，在热辗压温度下具备自润滑性能而不粘氧化铁皮，本发明金属陶瓷同时也具备高温强度好，高温硬度高，但在常温下这种金属陶瓷也能够进行机床切屑加工，这样利于模具的修整。
本发明金属陶瓷材料，含有的金属元素有Mo、Cr、Ni、Fe、Co等，同时也含有陶瓷相三氧化二铝和三氧化二镧。
在本发明金属陶瓷中钼的加入，可以使材料的溶点提高，它与金属元素Cr、Ni等形成固溶体，使该种材料具有良好的高温强度，其化学成分为（重量%）35～75%。
本发明加入金属元素铬，目的在于提高材料的耐磨性，铬与氧亲合力大，可以形成氧化物保护层，阻止氧化作用向材料内部发展，还可以阻止表面层裂纹的形成和发展，其化学成分（重量%）为10～35%。
在本发明中加入金属镍，它可与钼、铬形成固体合金，能提高材料的韧性、强度及密度，并可以使加工性能得到改善。金属元素铁和钴虽然可以部分或全部的取代金属镍，但对本发明金属陶瓷材料的物理性能会有一定的损失，因此在本发明金属陶瓷材料中金属元素Ni、Fe、Co三种元素中的任一种或两种以上的元素添加到本发明材料中，其化学成分含量为（重量%）1～15%。
在本发明材料中加入陶瓷相三氧化二铝和三氧化二镧，它们之间能形成固溶体，能够提高材料的抗热震性能和高温强度。三氧化二铝本身又具有良好的化学稳定性和耐磨性，在1000℃左右温度下其硬度与常温硬度相差不大。三氧化二铝与氧化铬也能形成固溶体，能够改善材料的结合性能。因此在本发明材料中三氧化二铝的化学成分含量为（重量%）7～30%。三氧化二镧的化学成分含量为（重量%）0～12%。
本发明金属陶瓷材料是采用粉末冶金方法制备，其制备方法如下：1.配料：以重量百分比称量各种原料粉末。其各种粉末的纯度和粒度由表1给出。
表 1 本发明原材料的纯度、粒度
| 组 份 | Mo | Al2O3 | Cr | La2O3 | Ni | Fe | Co |
| 纯度(%) | 99.5 | 99.0 | 99.5 | 99.5 | 99.5 | 99.5 | 99.5 |
| 平均粒度(μm) | ≤10 | ≤30 | ≤20 | ≤10 | ≤10 | ≤20 | ≤20 |
2.原料混合：配制好的粉末装入湿磨机硬质合金筒内，筒内的硬质合金球重为料重的2.5倍，以酒精为球磨介质，球磨时间为100～150小时，磨后将粉末烘干。
3.压制成型：先将粉末组合成所设计的形状、尺寸和有一定密度与强度的压坯，这种压坯的制备是将混匀的粉末装入选定的弹性塑料套内，经密封后放入等静压机内，在单位压力为2T/cm3的压力下压制成型的。
4.烧结：压坯件是在高温下进行烧结的，烧结时通入保护气体。
5.机加工：本发明的金属陶瓷材料所制备的模具，可以采用机床车削加工，加工后能够获得良好的表面光洁度。
本发明金属陶瓷材料与现有技术相比较，具有以下特点。
1.本发明材料作为热辗压碟簧等模具，具有使用寿命高。由本发明材料制备的模具与现有技术中热辗压模具的寿命比较见表2。
表2 本发明模具材料与现有技术中模具材料的使用寿命比较
| 模具使用 | 本发明模具 材 料 | 3Cr2W8 | TiC | GH135 | 被辗压 材料为 60Si2MnA |
| 使用寿命 | ＞60000次 | ≤300次 | ＜200次 | ＜400次 |
2.由本发明材料所制备的模具，具有良好的自润滑作用（不需加任何润滑剂），不粘氧化铁皮，它与其它模具相比较，其被辗压件制品表面质量好，成品率高。
3.本发明金属陶瓷材料，具有良好的高温性能，抗热疲劳性能好，高温强度高，在850～1120℃温度和交变偏心载荷作用下能长时间连续工作而不变形。
实施例
在本发明金属陶瓷材料的化学成分范围内配制了四个成分含量的金属陶瓷材料，材料的纯度与粒度与表1相同，材料的各组化学成分含量见表3。
表3 四种成分的金属陶瓷模具化学成分含量（重量%）
当上述四种成分的金属陶瓷材料配制好后，再分别混匀搅拌和球磨，球磨采用酒精为球磨介质，球重为粉重的2.5倍，球磨是在硬质合金筒内进行，球磨时间为100小时，球磨后的粉末取出烘干后再装入弹性塑料套内，经等静压成型。压坯件的烧结是在通有保护气氛高温烧结炉内进行，烧结后模具件的硬度和使用寿命列于表4。
| 序 号 | 模具重量 (克) | 室温硬度 (HRc) | 被 加 工 材 质 | 模具平 均寿命 |
| 1 2 3 4 | 1800 1800 1800 1800 | 70 67 64 58 | 60Si2MnA 60Si2MnA 60Si2MnA 60Si2MnA | 62956 61537 62468 64129 |
Claims (1)
1、一种用于制作热辗压模具的金属陶瓷材料，其特征在于这种金属陶瓷材料的化学部分为：（重量%）Mo35～75%;Al3O37～30%;Cr10～35%;La2O30～12%;Ni、Fe、Co三种元素中的任一种或两种以上之和为1～15%。
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