热挤压模具钢

热挤压是塑性的金属坯料在压力的作用下通过挤压模具型腔形成所要求形状的型材或管材的过程。常用金属热挤压坯料的温度见下表：

常用金属的热挤压坯料加热温度范围：

热挤压模具主要由挤压筒、压头、挤压顶头、垫块、凹磨和心棒（用于挤压管材）等主要部件组成。热挤压模具的失效，主要是破裂、磨损、冲刷腐蚀、过热和热疲劳裂纹等原因造成的。

当进行轻合金挤压时，凹模垫块和心轴材料主要采用铬钼系中合金热作模具钢4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1钢等，热处理硬度为HRC45~50。心棒头及镶块则采用通用高速钢W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2等，热处理为HRC55~60。压力筒一般采用中碳合金结构钢，硬度为HRC35~40；压力筒内衬材料则采用4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1等，热处理硬度为HRC42~47。

铜和铜合金热挤压模具，凹模和垫块材料则采用4Cr5MoSiV，4Cr5MoSiV1，3Cr2W8V等钢种，心棒材料仍采用4Cr5MoSiV，4Cr5MoSiV1钢种。当挤压含镍量较高的铜镍合金时，心棒头及镶块有时采用镍基高温合金制造，挤压筒衬有时采用铁基高温合金制造。

热挤压钢的模具材料，凹模选用4Cr5MoSiV1加3Cr2W8V镶块，垫块则选用4Cr5MoSiV和4Cr5MoSiV1和3Cr2W8V或镍基高温合金。心棒仍用4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1等钢种，挤压筒和内衬材料则选用4Cr5MoSiV和4Cr5MoSiV1钢种。

挤压模具的寿命与所挤压的材料、挤压比密切相关，当加工变形拉力大的金属材料或在高挤压比的情况下，凹模和心棒的寿命大为缩短。模具的润滑条件和冷却对模具寿命有很大的影响。

另外，对在高温条件下磨损情况严重的热挤压模具，特别是挤压复杂形状工件的模具，有时采用高热强性的奥氏体型热强模具钢以及特种材料的镶块模具，特种镶块材料包括特种硬质合金、氧化铝及氧化锆陶瓷材料等。

热挤压模具用钢的选择见表下表 ：

热挤压模具用钢选择：

热挤压模是指使炽热金属直接被挤压成各种型材、异型材或管材的模具。

热挤压模的工作条件相当苛刻，承受压缩应力和弯曲应力，脱模时也承受一定的拉应力。另外还受到冲击负荷的作用。模具与炽热金属接触时间较长，使其受热温度比热锻模更高，尤其是用于加工钢铁材料和难熔金属时，工作温度高达600—800℃，热挤压模的失效形式主要是模腔过量塑性变形、开裂、热疲劳和热磨损。

热挤压模具用钢的尺寸一般比热锻模小，因此，对于这类模具特别要求具有高的热稳定性，较高的高温强度和足够的韧性，良好的耐热疲劳性和高的耐磨性。

常用的热挤压模具用钢是钨系热作模具钢和铬系热作模具钢，还有铬钼系、钨钼系和铬钼钨系等新型的热作模具钢以及基体钢等。

钨系热作模具钢的代表性钢种为传统的3Cr2W8V钢，由于其耐热疲劳性差，在热挤压模方面应用将逐渐减少，但在压铸模方面应用较多。

铬系热作模具钢的代表性钢种有4Cr5MoSiV（H10）、4Cr5MoSiV（HM1）和4Cr5W2VSi（W2）等。这类钢种是我国引进钢号中应用最大、推广最广泛的钢种

铬钼系热作模具钢的代表性钢种有4Cr3MoSiV（H10）、3Cr3Mo3W2V（HM1）等。

热挤压机广泛应用在型材、带材（如铝铜型材、不锈钢型材等）的加工行业，近年来将粉末装入钢包套内经热挤压生产高速钢、核燃料等工艺逐年增多。

金属材料在挤压模内的受力状态几乎是三维受力状态。在热挤压过程中，晶粒之间存在有巨大的剪切应力和剪切形变。这种特殊的受力状态对破坏粉末烧结坯料中的颗粒边界（PPB），提高粉末颗粒的变形量，消除孔隙有明显的效果，因此一般认为粉末冶金产品一经热挤压处理后，其材料的综合力学性能普遍提高。

如图2所示是300t卧式热挤压机结构示意图。它主要是由一台卧式油压机组成。挤压模具是由挤压嘴4，挤压模7、挤压推杆9组成。挤压推杆9用螺栓固定在活动横梁11上，挤压模具外面安装有一台可以左右移动的加热炉6。挤压模具的右端由模具固定架10固定。挤压过程中产生的挤压抗力将由油压机的受力支架8等承受。挤压出的产品经下横梁的中心孔排出落入出料器上。

热挤压模具材料的选择是根据挤压材料的热变形温度和挤压的压应力来决定。例如当挤压铝合金时，在室温下的挤压应力约为1200～1400MPa。但当温度提高到600℃时，挤压应力可降为550～600MPa。

模具材料在室温下可供选择的有GCr15、9CrSi、W18Cr4V、4CrW2Si；在600℃以上使用的模具材料有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V、3Crl8Mn12Si2N、2Cr20Mn9Ni2Si2N、3Cr8Ni25Si2、12Cr3MoVSiTiB等。另外，硬质合金和某些金属陶瓷材料具有较高的硬度和使用温度，可以用来作挤压模的衬里材料。

如图3所示为简易热挤压机示意图。它主要由油压系统、受力架，挤压模具、加热炉等四部分组成。

油压系统包括油泵、阀门、管道、油缸、活塞等部件。图3中为了简化只把油缸11及活塞12等部件画出。油缸产生的巨大压力由受力柱16和固定螺母14支承。挤压模6安装在移架23的台面上。加热炉4安装在挤压模外围。当挤压物料3被加热后，活塞12在油液压蔓推动下通过挤压推杆22将挤压料3挤出，完成挤压工序。

粉末冶金专用的热挤压机，在我国尚未生产。在铝型材、铜型材等行业中使用的挤压机有下列几种，其性能如图4所示。

热挤压是在再结晶温度以上的温度条件下的挤压。钢铁材料热挤压成型技术取得飞跃发展是在1941年法国的J.Sejournet发明了玻璃润滑剂挤压法之后。钢铁材料热挤压时，在挤压温度、挤压压力、挤压速度、润滑条件与方式等方面，与铝及铝合金、铜及铜合金等有色金属的热挤压相比，具有如下特点：

（1）挤压温度高，通常在1000~1250℃。

（2）挤压压力高，工模具工作条件恶劣。

（3）为了防止挤压过程中工模具过度升温而影响其强度，通常选用快速挤压。

（4）为了确保高温润滑性能，一般采用玻璃润滑剂热挤压，挤压完成后需对制品进行脱出玻璃处理。

（5）良好的玻璃润滑剂可以使金属流动均匀性大为改善。

钢铁材料热挤压中，挤压模、芯杆、挤压筒、挤压垫片等工模具的工作条件十分恶劣。用作工模具的材料，既要求具有高强度，又要求具有优良的耐高温、耐磨损性能。

实际生产中所用的工模具材料主要有H13（美国）、SKD61、SKD62、SKD6（日本）、2Cr2W8V（中国）。由于以上特点，钢铁材料的热挤压生产成本要比铝合金及铜合金的高得多。