(Ce-TZP)-Al_2O_3陶瓷热挤压模的研制
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出版日期： 十二月 20, 1996
0引言 铜材、铝材的热挤压成形足目前金属型材加工行业中最常见的生产方法。而热挤压模具是这一成型工 艺设备中的关键零部件,对产品的质量和生产效率起着决定性的作用。Li前,一般用3Cr2W 8V热作模具钢,小规格模具亦用YG8硬质合金材料。由于3cr2W8V合金钢模具硬度相对 偏低(52～54卜IR(:),在较高的热挤压温度会发生软化现象,耐磨性明显下降,使用寿 命低,产品表面质量得不到保证,成为制约生产的霞要因素l】”>。因此,开发新的高性能热挤压模具材料足金属型材加工行业的迫切要求。l材料与性能 1.1材料的选择 热挤压模具在高温下使用,要求材料有高的高温强度和耐磨性,一般的金属材料已很难满足使用要求 ,因此选用高温性能更佳的高温结构陶瓷材料。同时,考虑到模具在JJ口工、使用过程巾对韧性 有一定的要求,试验选f}J(ce—TZP)一Al。0。复相增强陶瓷制作热挤压模具。Ce —TZP(部分稳定氧化铝)具有较高的韧性,由于临界晶粒尺寸较火,工艺性能好,并且无明显 的低温劣化现象14～…,在Zr()。相变温度1170(:以r具有良好·40·的强韧性, 可以满足铜、锚材热挤压的温度条件。但是,单相ce—TZP材料硬度较低,耐磨性能不足。为 _r提高材料的耐磨性,在Zr(1)。基体巾复合一定量的高硬度的Alz()。颗粒,町显著提高材料的硬度,并改善其力学性能‘“。1.2材料的制备 以工业纯Zr(1)C12·8H20、CeCl3·7H2(j及高纯、超细Alz0。为原料, 加入一定添加剂后,采用共沉淀包覆法制备Ce0。一Zr0。一Al:0。复相粉料,再经下列 lr艺制成试样或热挤压模具。材料的组成为10tool%ce0。一Zr()z—15wt% ～20wt%Al。()。。工艺为:干压成型一冷等静压一预烧结一机加工一高温烧绕一磨加工 。其巾,-F压成型压力100～150MPa,冷等静压压力200～300MPa,预烧结温度1000～1200(:,高温烧结温度1550～1650r(:。 ’ 1.3材料的性能 上述工艺制备的(Ce—TZP)一AI。0。材料性能指标为:抗弯强度瓯。892MPa,断裂 韧性K,c14.3MPa·m专,相对密度≥99%,维氏硬度HVlO.9GPa,允许工作温度650r(:。将该材料制成的陶瓷销与3cr2W8V钢盘组成销一盘式摩擦副,在滑动速度1.88m /s,载荷294N,空气介质干摩擦条件下进行高温磨损试验,600。c时磨损系数为5.11×lO。mm。/N·m,800℃时磨损系数为1.92×lO。mm。/N·m.刘军 (Ce—TZP)一Al。0。陶瓷热挤压模的研制2陶瓷热挤压模具的应用试验 2.1模具的热镶套 图1为(Ce—TZP)一Al。0。陶瓷热挤压模具和金属热挤压工作状态示意图。根据对热挤压 模的有限元应力分析,模具在工作状态下承受的最大张应力可达数百MPa。为了提高模具对张应 力的承受能力,陶瓷模具与合金钢模块必须采用过盈热镶套技术相配合,以对陶瓷模具旌加一定的 预压应力,这样可抵消模具所承受的部分张应力。由于(Ce—TZP)一Al。0。材料本身优良的强韧性,可以确保模具安全可靠地使用。图l 金属热挤压工作状态示意图 1.陶瓷模具2.模块3.被挤金属4.顶杆5.挤压简 2.2生产应用试验 在日产UBEl250,同时使进口区锥面金属在高温状态下不至于被流动的被挤材料带至定径区面造成堆堵现象。4结论 “ ★ 4.1(Ce一’rzP):Alt03陶瓷材料具有优良的高温力学性能,是制作铜、铝材热挤压模具的合适材料。 4.2用(ce一’TZP)一AI,O。陶瓷制作的热挤压模具进行挤压黄铜的生产应用试验取得 良好效果,模具的使用寿命是3Cr’2W8V合金钢模具的3～4倍,并且改善了黄铜制品的表观质量。· 4.3复合镶套型陶瓷热挤压模具在保持陶瓷模具优点的基础上,减少了使用中的破坏几率和其它非 正常损坏因素,降低了模具的制作成本和技术难度,有利于陶瓷模具的工业化应用。(Ce-TZP)-Al_2O_3陶瓷热挤压模的研制@刘军$江苏理工大学!江苏镇江212013陶瓷材料;;模具;;热挤压研制了(Ce-TZP)-Al_2O_3陶瓷热挤压模 具并进行了工业应用试验。试验表明,该热挤压模具使用寿命是现用的3Cr_2W8V钢模具的 3～4倍,并改善了铜材制品的表观质量。在此基础上对陶瓷模具结构进行改进,使之更适合于工业化生产和应用。1Gulati S T,Helfinstine J D, Davis A D. Amer. Ceram.Soc. Bull., 1980,59(2) :211～219
2 罗源心,何向山.材料科学与工程,1991(1) :25～29
3 何向山,张翼飞,崔 昆.安徽工学院学报,1988(3) :206～215
4 Sato T, Ohtaki, Shimada M. J. Mat. Sci., 1985 (20) :1466～1470
5 Koji Tsukums. Amer. Ceram. Soc. Bull.,1986,65(10) :1383
6 陈志刚,陈佩芳,余正国.硅酸盐学报,1990,18(3) :211
7 王澎勋,林法禹,魏光华.实用模具设计与制造. 长沙:国防科技大学出版社,1992． 273与模座(外镶套)相配合。 3.2复合镶套模具的特点 (1)内镶套的增加对陶瓷模芯起到保护作用,使陶瓷模芯在安装和使用过程中的非正常损坏减少, 未发生脆性开裂现象。同时,增加内镶套后陶瓷模芯与炽热的被挤金属的直接接触面积,与空气的接触面积均·4】·图2复合镶套型陶瓷热挤压模结构简图1.陶瓷模芯2.内镶套3。出口区镶圈 a一进口区b一定径区c一出口区达到最小,使陶瓷模芯所处的温度场比较均匀,改善了模具的抗热震和抗热疲劳性能。 。’ (2)采用陶瓷制作定径区,保证了模具的使用性能和寿命不低于整体陶瓷模具;而同时简化了模具形状.,降低了模具制造难度和成本。对于大尺寸模具,这一点更显重要。 (3)有限元应力分析发现,模具的进口区锥面是切应力与张应力的主要承受区。如果应力过大或时间过长容易产生疲劳,使陶瓷体产生层状裂纹。现进口区锥面改为有塑变能力