CN101664767A - 一种难熔金属的挤压方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种难熔金属的挤压方法，特别适用于钽、铌及其合金等高熔点金属的挤压方法。其特征在于其挤压过程的挤压模具采用镍基高温合金GH4169材质模具，并且难熔金属挤压坯采用钢板包壳后进行挤压。本发明的方法，能有效提高挤压后产品表面质量，消除玻璃润滑剂在表面“起皮”、“夹灰”，解决传统难熔金属挤压过程中造成的挤压后产品尺寸变化的现象。并可使设备挤压吨位下降100～150ton，提高挤压比系数1.5～2.5，提高成品率10％～20％。
Description
技术领域
本发明涉及一种难熔金属的挤压方法，特别适用于钽、铌及其合金等高熔点金属的挤压方法。
背景技术
钽、铌及其合金属于高熔点金属，其中钽的熔点为2996℃、铌的熔点为2468℃、高温下有较高的强度，并且金属的流动性差，高温下与铁基模具亲和力大，易发生共晶反应，产生粘结模具的现象，导致挤压力增高，挤压后坯料表面质量较差。目前，对于这类难熔金属主要是采用表面喷涂玻璃粉的润滑方式，在1000～1200℃的范围内进行挤压，挤压模具一般为热作模具钢5CrNiMo、3Cr2W8V等材质。但对于这种挤压方法，由于5CrNiMo、3Cr2V8V等材质在600℃以上机械强度、硬度及热疲劳性能大幅降低，高温挤压过程中挤压后产品对模具冲刷现象明显，造成模具变形、挤压后坯料尺寸变化明显、表面存在较深的沟条等，并增加挤压时坯料与模具间的摩擦力，使挤压吨位上升，产品表面质量明显下降。玻璃润滑剂具有一定的防氧化性能，采用感应加热，工艺简单，在难熔金属挤压中广泛应用。但是钽、铌及其合金等难熔金属与模具有较强的亲和力，在挤压过程中玻璃润滑剂一旦剥落就会造成了挤压吨位明显上升、设备闷车的现象，并且使用玻璃润滑剂挤压产品表面“起皮”、“夹灰”现象十分严重，在后续的生产中一般采用人工打磨、刮修等工艺处理表面，增加了生产难度、降低了成品质量的稳定性。
发明内容
本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种能有效解决传统难熔金属挤压后产品尺寸均匀性较差、表面产生沟条及玻璃润滑剂导致的表面“起皮”、“夹灰”等现象，并减小设备挤压力，获得更大的挤压比，提高成品率及挤压后产品质量的难熔金属的挤压方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种难熔金属的挤压方法，其特征在于其挤压过程的挤压模具采用镍基高温合金GH4169材质模具，并且难熔金属挤压坯采用钢板包壳后进行挤压。
本发明的一种难熔金属的挤压方法，其特征在于所述的挤压模具为挤压模和穿孔针。
一种难熔金属的挤压方法，其特征在于挤压模具挤压模和穿孔针的挤压模和穿孔针制备过程的步骤包括：
(1)将镍基高温合金GH4169合金，在锻造比大于50％的条件下进行锻造开坯；始锻温度为980～1010℃，终锻温度不小于850℃；
(2)对模具进行粗加工；
(3)进行固溶、时效热处理；其固溶热处理温度为950～980℃/1h，油冷；时效处理为720℃±5℃/8h，以50℃/h炉冷至620℃±5℃，8h，空冷；
(4)对模具进行精加工，精车至要求尺寸，与挤压坯料接触面需打磨光滑，尺寸过渡区需有倒角过度。
本发明的一种难熔金属的挤压方法，其特征在于所述的难熔金属挤压坯采用钢板包壳后进行挤压过程是采用0.8～1.2mm的A3钢板进行包壳的；包壳后的难熔金属挤压坯料外径小于挤压筒直径2～3mm，穿孔针与挤压管材坯料内孔单边间隙为1～1.5mm。
本发明的一种难熔金属的挤压方法，其特征在于所述的难熔金属挤压坯采用钢板包壳后进行挤压过程的工艺步条件为：挤压时模具预热至温度为500～600℃；挤压坯料加热至温度为1050～1250℃；挤压比系数为5～9，挤压速度为60～100mm/s。
钽、铌及其合金等高熔点金属挤压时，挤压温度高、挤压坯料热效应明显。模具使用条件十分恶劣，不但要承受超高温而且还要承受高的冲击力。现在一般使用的挤压模具材料为5CrNiMo、3Cr2W8V等热作模具钢，这些模具在高温、高压的工作环境下，使用状况不佳。镍基高温合金GH4169是以镍为基体，在合金中加入铝，钛以形成金属间化合物进行r’(Ni3AlTi)相沉淀强化。这样就使得该合金具有高温强度高，高温稳定性好，抗氧化性好，热疲劳性能及冲击韧性优异，并且为变形高温合金高温屈服强度最高的牌号，适宜作为钽、铌、铪及其合金等高熔点金属的挤压模具。在高温工作环境下GH4169合金屈服强度和抗拉强度远高于传统模具材料，而且克服了传统模具随着温度升高、时间延长屈服强度和抗拉强度急剧降低等问题，两类模具材质在不同温度和使用时间下抗拉强度比较见表1和表2所示。、
表15CrNiMo钢与GH4169合金在不同温度下的抗拉强度比较
表25CrNiMo与GH4169在650℃工作温度下使用的抗拉强度比较
镍基高温合金GH4169合金的高温硬度在热挤压模的工作温度范围也明显高于热作模具钢5CrNiMo。在500℃时，两种材料硬度相同，到600℃时GH4169合金的硬度高于5CrNiMo一倍以上，良好的高温硬度使GH4169合金具有良好的高温耐磨性。
本发明的方法，采用镍基高温合金作为挤压模具、光锭包壳工艺与传统5CrNiMo、3Cr2V8V材质模具、玻璃分润滑工艺相比较，在相同的技术条件下，提高挤压比系数1.5～2.5，减少挤压后产品的后续加工道次，提高成品率10％～20％。并且挤压后产品外表面质量有明显的提高，可提高成品率10％～15％，挤压吨位可下降100～150ton，大幅度延长模具的使用寿命。包壳工艺降低了模具与挤压后产品间由于亲和力而造成的挤压力上升的问题，并且由于包壳保护，可以大大提高挤压产品表面质量，更有效的防止挤压坯料表面氧化，提高后续生产的成品率。
具体实施方式
一种难熔金属的挤压方法，包括钽、铌及其合金等高熔点金属的挤压方法，
(一)采用镍基高温合金作为挤压模具。挤压模和穿孔针制备过程为：
(1)镍基高温合金GH4169合金经行锻造比不小于50％的锻造开坯。使用电阻炉加热，材料保温时间为0.8min/mm，始锻温度控制在980～1010℃之间，终锻温度不小于850℃。
(2)对模具进行粗加工。必须根据模具尺寸及形状保留一定的余量，防止固溶、时效后模具材料由于变形而导致报废。
(3)热处理包括固溶、时效两部分。固溶温度为950～980℃±10℃/1h，油冷。时效处理为720℃±5℃/8h，以50℃/h炉冷至620℃±5℃，8h，空冷。
(4)精加工。精车至要求尺寸，与挤压坯料接触面需打磨光滑，尺寸过渡区需有倒角过度。
(二)挤压坯料采用0.8～1.2mm的A3钢板包壳，挤压管坯内孔采用A3钢管包壳。包壳后挤压坯料外径应小于挤压筒直径2～3mm，穿孔针与挤压管材坯料内孔单边间隙为1～1.5mm。包壳工艺降低了模具与挤压后产品间由于亲和力而造成的挤压力上升的问题，并且由于包壳保护，可以大大提高挤压产品表面质量，更有效的防止挤压坯料表面氧化，提高后续生产的成品率。
挤压时模具的预热温度控制在500～600℃，挤压比系数控制在5～9，挤压速度控制在60～100mm/s，挤压坯料加热温度控制在1050～1250℃。采用镍基高温合金作为挤压模具、光锭包壳工艺与传统5CrNiMo、3Cr2V8V材质模具、玻璃分润滑工艺相比较，在相同的技术条件下，提高挤压比系数1.5～2.5，减少挤压后产品的后续加工道次，提高成品率10％～20％。并且挤压后产品外表面质量有明显的提高，可提高成品率10％～15％，挤压吨位可下降100～150ton，大幅度延长模具的使用寿命。
实施例1：
用传统方式挤压空心钽锭，在350℃加热后均匀喷涂玻璃粉，钽锭的规格为挤压后产品规格为
挤压比λ＝7.08。空心钽锭在中频感应炉中加热，温度为1100℃、保温15～20min，工模具为3Cr2W8V，预热温度为350℃。设备为太原重工1630MN卧式挤压机，挤压筒极限吨位为900ton。
表3传统挤压方法挤压结果及吨位
| 锭号 | 锭重(Kg) | 挤压吨位(ton) | 结果 |
| 1# | 65.3 | 825 | 尾部20mm未挤出 |
| 2# | 66.3 | 835 | 更换模具，挤出 |
| 3# | 65.5 | 840 | 更换模具，挤压模具冲刷严重 |
| 4# | 66.5 | 827 | 更换模具，挤出 |
挤压结果见表3所示，由于挤压过程中模具冲刷严重，每次挤压需要更换新模具。挤压后管坯的实际尺寸
在59mm以上，表面有明显的沟条，并附着大量起皮、加渣的玻璃粉。挤压及外表面刮修、内表面镗孔后成品率为79％。
实施例2：
空心钽锭的规格为
钽锭，1.0mmA3钢板包壳，包壳后规格挤压后产品规格为挤压比λ＝7.08。
表4新型挤压方法挤压结果及吨位
| 锭号 | 锭重(Kg) | 挤压吨位(ton) | 结果 |
| 1# | 64.3 | 700 | 挤出 |
| 2# | 63.4 | 695 | 挤出 |
| 3# | 64.1 | 710 | 挤出 |
| 4# | 63.2 | 713 | 挤出 |
包壳钽锭在中频感应炉中加热，温度为1150℃、保温15～20min，工模具为GH4169，预热温度为600℃。设备为太原重工1630MN卧式挤压机，挤压筒极限吨位为900ton。
挤压结果见表4所示，挤压过程顺利，4个空心锭坯挤压只使用了一套模具。挤压表面光滑，模具没有明显的冲刷现象，挤压吨位相比传统挤压工艺下降130～145ton。去除包壳及外表面刮修、内表面镗孔后成品率为93％，成品率提高14％。
实施例3：
空心铌锆合金锭的规格为
1.0mmA3钢板包壳，包壳后规格
挤压后产品规格为
挤压比λ＝5.5。
表5新型挤压方法挤压结果及吨位
| 锭号 | 锭重(Kg) | 挤压吨位(ton) | 结果 |
| 1# | 27.7 | 750 | 挤出 |
| 2# | 27.9 | 765 | 挤出 |
| 3# | 28.3 | 755 | 挤出 |
| 4# | 27.5 | 753 | 挤出 |
包壳铌锆锭在中频感应炉中加热，温度为1100℃、保温15～20min，工模具为GH4169，预热温度为600℃。设备为太原重工1630MN卧式挤压机，挤压筒极限吨位为900ton。
挤压结果见表5所示，挤压过程顺利，4个空心锭坯挤压使用了一套模具。挤压表面光滑，模具没有明显的冲刷现象。而传统挤压方法在同样的技术及工艺条件下挤压4个空心锭坯全部由于超出设备极限吨位900ton，出现了闷车的现象。
Claims (5)
1.一种难熔金属的挤压方法，其特征在于其挤压过程的挤压模具采用镍基高温合金GH4169材质模具，并且难熔金属挤压坯采用钢板包壳后进行挤压。
2.根据权利要求1所述的一种难熔金属的挤压方法，其特征在于所述的挤压模具为挤压模和穿孔针。
3.根据权利要求1所述的一种难熔金属的挤压方法，其特征在于挤压模具挤压模和穿孔针的挤压模和穿孔针制备过程的步骤包括：
(1)将镍基高温合金GH4169合金，在锻造比大于50％的条件下进行锻造开坯；始锻温度为980～1010℃，终锻温度不小于850℃；
(2)对模具进行粗加工；
(3)进行固溶、时效热处理；其固溶热处理温度为950～980℃/1h，油冷；时效处理为720℃±5℃/8h，以50℃/h炉冷至620℃±5℃，8h，空冷；
(4)对模具进行精加工，精车至要求尺寸，与挤压坯料接触面需打磨光滑，尺寸过渡区需有倒角过度。
4.根据权利要求1所述的一种难熔金属的挤压方法，其特征在于所述的难熔金属挤压坯采用钢板包壳后进行挤压过程是采用0.8～1.2mm的A3钢板进行包壳的；包壳后的难熔金属挤压坯料外径小于挤压筒直径2～3mm，穿孔针与挤压管材坯料内孔单边间隙为1～1.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种难熔金属的挤压方法，其特征在于所述的难熔金属挤压坯采用钢板包壳后进行挤压过程的工艺步条件为：挤压时模具预热至温度为500～600℃；挤压坯料加热至温度为1050～1250℃；挤压比系数为5～9，挤压速度为60～100mm/s。
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|---|---|---|---|---|
| CN102463273A (zh) * | 2010-11-08 | 2012-05-23 | 北京有色金属研究总院 | 一种大口径镍基合金薄壁管材的制备方法 |
| CN106660106A (zh) * | 2014-09-29 | 2017-05-10 | 日立金属株式会社 | Ni基超耐热合金的制造方法 |
| JP2022028597A (ja) * | 2020-04-24 | 2022-02-16 | 浙江大学 | 高強度高伝導率銅合金の連続押出方法およびその応用ならびに金型材料 |
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2009
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