一種銅熱擠壓用模具材料及其製備工藝的製作方法
2023-07-28 14:57:11 2
專利名稱：一種銅熱擠壓用模具材料及其製備工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種銅熱擠壓用模具材料，本發明還涉及該銅熱擠壓用模具材料的制
備工藝。
背景技術：
擠壓模具是擠壓設備的關鍵部件，直接決定了產品質量、生產效率及生產成本。擠 壓模具由於在高溫高壓下作業，並承受周期載荷的作用，因此對模具材料的性能要求很高， 如高強度、高韌性、低熱膨脹率、良好的熱穩定性及熱疲勞性、高耐磨性以及優良的加工性 能等。而擠壓模具的優劣又取決於模具材料的選擇。選用何種模具材料，對模具壽命、產品 質量有著十分重要的影響。對於銅及銅合金而言，由於熱加工溫度高達800 1100°C，故 而對模具材料有著更嚴格的要求。目前，銅及銅合金熱擠壓模具材料主要有模具鋼、金屬陶 瓷、鎢鉬難熔金屬材料。H13鋼作為新一代模具鋼，由於性能有了較大提高，而且價格相對便宜，因而目前 仍為許多銅加工企業採用，但其使用壽命短，僅為數十次。金屬陶瓷能在較高的溫度下保持 較高的硬度，是新近發展起來的熱擠壓模具材料，雖使用壽命尚可，但由於其韌性及抗熱疲 勞性差，使用時需要進行嚴格的鑲套，因而成本較高、製備工藝複雜且困難。難熔金屬鉬及其合金因具有熔點高，強度大，硬度高，導電導熱性能和耐腐蝕性能 好等優良的特性，被廣泛認為是一種性能優良、價格相對便宜的熱擠壓模具材料。但傳統 的鉬材料及後繼開發的TZM、AKS-Mo、La203-Mo等合金，要麼高溫強度差、要麼韌性及加工性 差，這都限制了它們的應用；而Mo-Re合金雖具有很好的綜合性能，但由於Re屬於稀缺金 屬，儲量有限，且其價格也很高，不利於大規模的工業生產。因此，迫切需要一種既具備優異 的綜合性能，又經濟實惠的鉬合金以滿足銅熱擠壓用模具材料的需求。
發明內容
本發明所要解決的第一技術問題是提供一種具有高強度、高韌性、低熱膨脹性率、 高導熱、優良的熱穩定性及加工性等特點，可大幅度提高模具的使用壽命和產品的質量的 銅熱擠壓用模具材料。本發明所要解決的第二個技術問題是提供一種製備工藝簡單、成本低的銅熱擠壓 用模具材料的製備工藝。為了解決第一個技術問題，本發明提供的銅熱擠壓用模具材料，由98.8wt. % 99. 2wt. %的微米級細晶Mo基體相和0. 8wt. % 1. 2wt. %的La203/Mo5Si3彌散相組成，其 中彌散相是由以複合微粒形式加入且重量比為1 1 1 1. 1的La203/MoSi2原位生成。為了解決第二個技術問題，本發明提供的銅熱擠壓用模具材料的製備工藝，包括 配料混料_壓製成型_燒結-鍛造，其步驟為(1)、配料按照化學成分範圍配備各種粉末原料，各種原料的純度均大於99. 9%，其粒度均小於5 u m ；(2)、混料將配好的各種原料粉末裝入三維混料機中進行混合，直至混合均勻；(3)、壓製成型將混合均勻的混合料裝入彈性塑膠套內，採用冷等靜壓的方法進行壓制，其冷等 靜壓力為150 400MPa,時間為3 lOmin ；(4)、燒結將壓製成型的坯料置於中頻燒結爐中進行燒結處理，燒結氣氛為氫氣，燒結溫度 為1500 2000°C，時間為1 5h ；(5)、鍛造將燒結坯料真空中包套密封，在1100 1300°C溫度下加熱15 40min，並進行多 道次旋鍛，得到最終的銅擠壓模用鉬材料。採用上述技術方案的銅熱擠壓用模具材料及其製備工藝，採用固_固摻雜添加適 量La203/MoSi2複合納米微粒來改善鉬材料的結構與性能。加入的La203可以通過彌散強化 和淨化晶界等作用提高鉬材料的強韌性。稀土氧化物若以納米形式添加，其活性更大，但高 溫強化作用會有所減弱。加入的MoSi2納米微粒則可通過與鉬發生原位反應形成三矽化五 鉬，使材料的高溫強度有較大提高，這種強韌化作用是一種互補的結果。與傳統僅添加單一 La203相比，燒結溫度降低，緻密化的速度加快，導熱性提高，熱膨脹係數保持不變，室溫斷裂 韌性增加，耐冷熱疲勞性能提高，而高溫強度有較大改善。通過後繼的鍛造加工可進一步優 化鉬材料的組織結構並獲得微米級細晶Mo基體相及均勻分布彌散強化相、提高其緻密度 及性能，以滿足銅熱擠壓之苛刻要求。本發明具有的優點本發明所涉及的La203/MoSi2複合納米微粒強化微米級細晶鉬材料，充分發揮稀 土氧化物及原位生成三矽化五鉬的增強補韌綜合作用，具有高強度、高韌性、低膨脹率等優 點，而且製備工藝簡單、成本低，應用於銅及其合金的熱擠壓模具，其使用壽命> 1000次/ 模，從而降低生產中換模次數，提高生產效率、降低模具成本。
具體實施例方式以下結合具體實施例對本發明作進一步說明。實施例1 一種銅熱擠壓用模具材料，主要由Mo和La203/Mo5Si3複合納米微粒組成，後者以 La203/MoSi2複合納米微粒的形式加入到鉬中，且加入量為lwt. %, La203與MoSi2重量比為 1，各原料粉末的純度及粒度如表1所示。其製備工藝步驟為(1)、配料按照化學成分範圍配備各種粉末原料，各種原料的純度均大於99. 9%，其粒度 均小於5 u m ；(2)、混料將配好的各種原料粉末裝入三維混料機中進行混合，直至混合均勻；
(3)、壓製成型將混合均勻的混合料裝入彈性塑膠套內，採用冷等靜壓的方法進行壓制，其冷等 靜壓力為200MPa，時間為5min ；(4)、燒結將壓製成型的坯料置於中頻燒結爐中在氫氣保護下於1800°C燒結2h ；(5)、鍛造將燒結坯料於真空中包套密封，在1200°C溫度下加熱20min，進行5道次旋鍛，每 道次壓縮率為20%，得到最終的銅擠壓模用鉬材料。La203/MoSi2在燒結時與Mo發生原位反應生成La203/Mo5Si3，製備的最終鉬材料的 力學性能指標如表2所示。表1原料粉末屬性
表2本實施例材料性能數據
實施例2
一種銅熱擠壓用模具材料，主要由Mo和La203/Mo5Si3複合納米微粒組成，後者以 La203/MoSi2複合納米微粒的形式加入到鉬中，且加入量為0. 8wt. %, La203與MoSi2重量比 為1 1，各種原料的純度均大於99.9%，其粒度均小於5i!m。其製備工藝步驟為(1)、配料按照化學成分範圍配備各種粉末原料，各種原料的純度均大於99. 9%，其粒度均 小於5 u m ；(2)、混料將配好的各種原料粉末裝入三維混料機中進行混合，直至混合均勻；(3)、壓製成型將混合均勻的混合料裝入彈性塑膠套內，採用冷等靜壓的方法進行壓制，其冷等 靜壓力為150MPa，時間為lOmin ；(4)、燒結將壓製成型的坯料置於中頻燒結爐中在氫氣保護下於1500°C燒結5h ；(5)、鍛造將燒結坯料於真空中包套密封，在1100°C溫度下加熱40min，進行5道次旋鍛，每 道次壓縮率為20%，得到最終的銅擠壓模用鉬材料。
製備的最終鉬材料緻密度99. 98 %、室溫抗彎強度為1085MPa、延伸率為 17. 4%、室溫斷裂韌性22. 2MPa m1/2、1000°C的膨脹係數及導熱率分別為5. 774*10_6K及 115W nT1 IT1、由此材料製備的擠壓模具使用壽命為1287次/模。實施例3 一種銅熱擠壓用模具材料，主要由Mo和La203/Mo5Si3複合納米微粒組成，後者以 La203/MoSi2複合納米微粒的形式加入到鉬中，且加入量為1. 2wt. %, La203與MoSi2重量比 為1 1. 1，各種原料的純度均大於99. 9%，其粒度均小於511!11。其製備工藝步驟為(1)、配料按照化學成分範圍配備各種粉末原料，各種原料的純度均大於99. 9%，其粒度均 小於5 u m ；(2)、混料將配好的各種原料粉末裝入三維混料機中進行混合，直至混合均勻；(3)、壓製成型將混合均勻的混合料裝入彈性塑膠套內，採用冷等靜壓的方法進行壓制，其冷等 靜壓力為400MPa，時間為3min ；(4)、燒結將壓製成型的坯料置於中頻燒結爐中在氫氣保護下於2000°C燒結lh ；(5)、鍛造將燒結坯料於真空中包套密封，在1300°C溫度下加熱15min，進行5道次旋鍛，每 道次壓縮率為20%，得到最終的銅擠壓模用鉬材料。製備的最終鉬材料緻密度99. 99 %、室溫抗彎強度為1260MPa、延伸率為 12. 2%、室溫斷裂韌性28. 6MPa m1/2、1000°C的膨脹係數及導熱率分別為5. 768*10_6K及 107W nT1 IT1、由此材料製備的擠壓模具使用壽命為1445次/模。
權利要求
一種銅熱擠壓用模具材料，其特徵在於其組成成份為98.8wt.％～99.2wt.％的微米級細晶Mo基體相和0.8wt.％～1.2wt.％的La2O3/Mo5Si3彌散相，所述的彌散相La2O3/Mo5Si3是由以複合微粒形式加入且重量比為1∶1～1∶1.1的La2O3/MoSi2原位所生成。
2.製備權利要求1所述的銅熱擠壓用模具材料的工藝，包括配料-混料-壓製成型-燒 結-鍛造，其特徵在於(1)、配料按照化學成分範圍配備各種粉末原料，各種原料的純度均大於99. 9%，其粒度均小於 5 y m ；(2)、混料將配好的各種原料粉末裝入三維混料機中進行混合，直至混合均勻；(3)、壓製成型將混合均勻的混合料裝入彈性塑膠套內，採用冷等靜壓的方法進行壓制，其冷等靜壓 力為150 400MPa,時間為3 lOmin ；(4)、燒結將壓製成型的坯料置於中頻燒結爐中進行燒結處理，燒結氣氛為氫氣，燒結溫度為 1500 2000°C，時間為1 5h ；(5)、鍛造將燒結坯料真空中包套密封，在1100 1300°C溫度下加熱15 40min，並進行多道次 旋鍛，得到最終的銅擠壓模用鉬材料。
全文摘要
本發明公開了一種銅熱擠壓用模具材料及其製備工藝。該材料是由98.8wt.％～99.2wt.％的微米級細晶Mo基體相和0.8wt.％～1.2wt.％的La2O3/Mo5Si3彌散相組成，其中彌散相是由以複合微粒形式加入且重量比為1∶1～1∶1.1的La2O3/MoSi2原位生成。其製備工藝包括配料-混料壓製成型-燒結-鍛造。由於La2O3與原位生成的Mo5Si3的強化增韌綜合作用，該鉬材料具有高強度、高韌性、低膨脹率等特點，通過後繼的鍛造工藝進一步優化其組織結構、提高其緻密度及性能，作為銅擠壓模具材料，壽命提高到＞1000次/模，因而可大大提高生產效率、降低模具成本。
文檔編號B22F3/12GK101876019SQ20091031131
公開日2010年11月3日 申請日期2009年12月11日 優先權日2009年12月11日
發明者吳壯志, 孫翱魁, 張理罡, 徐兵, 昝秀頎, 段柏華, 汪異, 王德志 申請人:中南大學