CN86107658A - 热加工用金属陶瓷模具材料 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属陶瓷材料，主要适用于制做金属热挤压模具。该金属陶瓷材料含有金属钨和陶瓷相三氧化二铝、三氧化二镧，同时还含有铬、镍(或铁、钴)等金属元素。因添加了部分金属元素，改善了该材料的使用性能，作为铜热挤压模具材料，平均使用寿命为1650只/模，最高使用寿命达到3100只/模以上。
Description
本发明属于金属陶瓷材料，适用于制做金属热加工模具。特别适用于制做有色金属热加工模具。
美国专利（US2656596）公布的金属陶瓷材料其氧化铝在烧结体内所占体积百分比为5-50%，金属所占比例为95-50%;而金属中铬所占的重量百分比为20～45%，钨所占金属中的重量百分比为80～55%。该专利的制做方法是将球磨后的材料进行干燥，配入石蜡或水作为粘合剂，再将混合物压制成型经干燥后，在1825℃氢气保护下烧结1-5小时。另一种制做方法是将混合粉装入石墨模具中，在1700～1950℃加压烧结5-30分钟。该专利是用于金属铸造用的铸模、热电偶保护管和涡轮叶片等制品，作为热挤压模具，该专利并没有介绍任何使用性能。
（《Metals Progress》1984年VoL125、№2 P21-28）发表了一篇：氧化锆、一种新型的热挤压模材料。资料介绍该材料是不完全稳定的氧化锆陶瓷材料，并具有在挤压条件下工作所期望的机械和热力特性，能极好的控制产品尺寸及延长模子寿命。用作铜的热挤压模，平均热挤压制品为485根，单模最高寿命达1142根。由此看出，该材料用作铜挤压模具，使用寿命是不长的。
本发明的目的是设计出一种不仅具有良好的热稳定性，高的红硬性及优异的耐磨性，又具备优良的抗急冷急热和抗高温氧化的，作为铜挤压模具，其使用寿命长的新型金属陶瓷材料。
为满足上述要求，本发明设计了一种新的金属陶瓷材料，该材料的组成含有金属W、Cr、Ni、Fe、Co等元素，同时还加入陶瓷相三氧化二铝和三氧化二镧。
本发明金属陶瓷材料中的钨，具有良好的热强性和红硬性，熔点高，在所选用的烧结温度下，晶粒不易长大，并能与铬形成固溶体，其重量百分比为40-70%。
在本发明中加入铬，可以提高金属陶瓷材料的耐磨性和抗氧化性，并能阻止表面层热裂纹的形成与扩展。其重量百分比为12-38%。
作为陶瓷相的三氧化二铝，具有很好的耐磨性和高温硬度、强度，氧化铝与氧化铬形成固溶体，可改善材料的结合性能，并有良好的化学稳定性，其加入量（重量百分比）为7-25%。
在本发明中加入三氧化二镧和金属镍，对金属陶瓷材料起到了重要作用，三氧化二镧可与三氧化二铝形成固溶体，提高了材料的抗热震性和高温强度，其重量百分比为0-10%。金属镍（或铁、钴）可以与钨、铬形成固溶体，能够提高金属陶瓷材料的韧性、强度和材料的致密度，改善了金属陶瓷材料的加工性能，其重量百分比为1.5～20%。金属元素铁、钴能够部分或全部取代金属镍，虽然对金属陶瓷作为热挤压模具带来使用寿命稍有降低或不受影响，作为添加元素加入到本发明金属陶瓷中也是可以的，但是金属元素镍、铁、钴中任一种元素或两种以上元素添加到本发明金属陶瓷材料中，其重量百分比为1.5-20%。
根据上述理由，本发明提出的新型金属陶瓷材料，其化学成分为（重量百分比）：40-70%W;12-38%Cr;0-10%La2O3;7-25%Al2O3;Ni、Fe、Co三个元素中的一种或两种以上之和为1.5～20%。
本发明金属陶瓷材料是采用粉末冶金工艺制备。其生产工艺流程是：配料-混料-成型-烧结-机加工。
1.配料：按重量百分比称量各种原料。粉末纯度、粒度由表1给出。
表1
| W Or Al2O3 La2O3 Ni Fe Co | |
| 纯度 | 99.5% 99.5% 99.0% 99.5% 99.5% 99.5% 99.5% |
| 平均粒度 | ≤10μ ≤30μ ≤50μ ≤10μ ≤20μ ≤20μ ≤20μ |
2.混料：将配制好的粉末装入硬质合金球磨罐内，放入重量比为粉末三倍的硬质合金球，用乙醇作介质进行球磨，球磨时间为100～200小时，球磨后将粉末烘干。
3.成型：将混匀的粉末装入弹性塑料套内，采用等静压成型，压力为2T/cm2，压制收缩率为18%左右，压坯密度为理论密度的75～80%。
4.烧结：烧结是在高温烧结炉中进行烧结，并有保护气体进行保护。
5.机械加工：采用车削加工或磨削加工，都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优点：
1.本发明作为热挤压模具，使用寿命高。
（1）根据（《Metals Progress》84年VoL125、№2、P21-28）介绍，该公司氧化锆热挤压模具作为铜的热挤压模具平均使用寿命485只/模，最高使用寿命为1142只/模。
（2）国内一般所采用铜热挤压模具材料为3Cr2W8V钢，而精铸3Cr2W8V模具材料在铜热挤压生产中，使用寿命为27.5只/模。锻钢3Cr2W8V铜热挤压模具使用寿命为40只/模。
采用本发明金属陶瓷材料制做的热挤压模具，在与上述工艺相同条件下使用，该模具平均使用寿命为1650只/模，最高使用寿命为3100只/模以上。
2.本发明金属陶瓷材料，具有强度高，红硬性及耐磨性好，并具有良好的韧性，在1000℃温度下硬度可达Hv＝510。由该材料制成的铜热挤压模具，因为具有使用寿命长，所以减少了工作时换模次数，降低模具费用约70%以上，提高劳动生产率20%以上。
3.用本发明金属陶瓷材料制成的铜热挤压模具，具有良好的抗磨损、抗氧化性，在不改变生产条件的情况下，可提高产品成品率5%以上。
实施例
本发明金属陶瓷材料最好的实施方案如下。
根据所设计的化学成分范围，配制了4种成分的金属陶瓷材料，其具体成分（重量百分比）见表1。
表2 4种金属陶瓷铜挤压模具的各种成分
本发明金属陶瓷材料经配料后装入球磨罐内，放入重量比为粉末三倍的硬质合金球，并采用乙醇作球磨介质，球磨120小时后出粉并进行烘干。再将混匀烘干的粉末装入弹性塑料套内，经等静压机压制成型后，再将成型块装入高温烧结炉内，在保护气氛中进行烧结。烧结后的金属陶瓷块经试验检测，和加工成的热挤压模具的使用寿命见表3：
表3、该四种金属陶瓷材料的高温硬度和热挤压模具的使用寿命
Claims (1)
1、作为热挤压模具用的本发明金属陶瓷材料，其特征在于具体化学成分：(重量百分比)W40-70%；Cr12-38%；Al2O37-25%；La2O30-10%；Ni、Fe、Co中的一种或两种以上之和小于1.5-20%。
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