挤压不锈钢用高铝青铜合金模具材料.pdf

挤压不锈钢用高铝青铜合金模具材料 李文生， 路阳， 彭欢先“， 刘华， 白创明 （ “兰州理工大学 甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室， 兰州 7 0 * ［,］ 、 山东省冶金 科学研究院新研制的轧钢设备用A C DE F ’ 耐磨 青铜 ［/］ 、 河北工业大学研制的新型铜基模具材 料 ［］ 、 丹东汽车制造厂开发的模用铜基合金 ［“］等， 性能都超过了普通铝青铜， 如表所示。 表国内新研制高强耐磨铜合金的的主要性能 * G H I E G J FK 3 L K I 3 M J I N L O N L P IF I QQ I G 3 3 I N J N M G F R I R L K K I 3 G L S N 合金性能抗压强度 ／E G抗拉强度 ／E G硬度线膨胀系数 ／ 1 2 , 摩擦系数 河北工大新型模用铜合金 5 / 0 0 10 1 1 0 0 1 *2 5 1 1 0 1. “ T , - 1 ］ 。 如洛阳工学院研制的 6 A铜合金的性能优于 B 4 5 , C -、D E 33 /9 , / 6 8 - - -; / 2 8 8 9 , 3 A , - 8 30 1 8 3工具钢, 3 /8 / 8 / D 2 - - 8 - 8型铝合金8 3 -3 -, 9 较硬质的耐磨铜合金应用于拉伸、 冲压不锈钢 板， 工件与模具表面产生相对滑动， 摩擦功转变为热 能， 另一方面， 拉伸时压延材料产生塑性变形， 变形 功也要产生热能， 这两方面的热能将使界面温度升 高， 使润滑剂的黏度、 润滑膜厚度和强度下降。如果 法向压力较大， 并有切向相对运动就会加速润滑膜 破裂， 致使材料与模具表面直接接触。当板料与模 具表面局部润滑膜破坏后， 就可能仅仅由几个接触 点承受全部载荷， 产生极大压力， 同时产生脉冲高 温。在高温高压条件下， 极易造成模具与工件之间 局部熔化焊合， 即粘结。如果这些热量不能及时传 递散失， 必然增大模具与产品之间的粘结倾向， 从而 产生划痕、 划伤等表面缺陷。 试验结果表明， 铝青铜合金等各类铜合金的导 热系数明显高于铸铁、 6 8 ,等铁基合金耐磨材料 （如表,所示） 。因此， 用铜基合金模具拉伸、 压延不 锈钢时， 产生的热量很容易传递出变形区， 有利于质 量控制。 “ 较大的化学成分差异 根据摩擦学基本理论， 互溶性大的材料， 即相同 金属或晶格类型、 晶间距离， 电子密度、 电化学能相 近的金属粘着倾向大。R 5， 6 ，; 与铁的互溶性大， 与钢铁的抗粘着性差， 因而应用B A - 1 ,等铁基合 金模具拉伸、 压延不锈钢制品时， 容易造成粘着现 象， 这是因为互溶性较大的材料产生的摩擦系数大， 热量多， 局部点容易焊合。而D ， 6 7， Q M ， S 与铁不 属同族元素， 互溶性小， 彼此粘着倾向小。因此在拉 伸压延不锈钢制品时为防止模具表面产生烧结或过 热熔粘现象， 使用材质有很大不同的铜合金模具取 代工具钢模具， 可以防止粘模， 工件滑痕、 划伤现象 的发生。 为确保冲压、 拉伸模的硬度与韧性， 选用铝青铜 最理想。由于铝青铜比普通不锈钢的摩擦系数小， 滑动性能好， 不仅可以提高极限阻尼比， 还可以大幅 度减少制品成型时的缺陷。铜合金模具可用于加工 洗漱台、 浴盆、 饮具、 家用电器制品中的一些镜面精 度的不锈钢板和钛钢板。日本神户制钢所近年开发 的一种韧性很好的特殊铝青铜G 2 - -， 在精密加工 后， 可广泛用于上述领域， 采用不锈钢温热冲压技 术， 将这种特殊铝青铜用于用作铸模和压延圈， 可以 将极限阻尼从, C 8提高到3。 “ 良好的耐磨性 有色耐磨材料多以铜基为主。铝青铜中加铁的 B D 2 1 /， 加铁镍的B D 8 - 1 / 1 /和B D 8 - 1 1 ， 均可用 8 有色金属第 卷 万方数据 制造高强耐磨零件如轴承、 齿轮、 轴套， 涡轮等。随 着我国汽车工业的迅猛发展， 各种各样的同步器齿 环技术及机械亦涌入国内， 并已先后自主开发了铝 青铜和锰黄铜等系列同步器齿轮环材料如 “ 8 D G B H E B ; I 1 J “ 良好的耐腐蚀性能 铜的电极电位很高， 高于氢， 它的标准电极电位 为K ’ 5 L（而铁为0 5 5 L） ， 因此， 铜的耐腐蚀性 能很好， 在许多介质中都是很稳定的。大部分以铜 为基的铜合金在大气和海水中有很强的耐腐蚀性 能， 在稀的非氧化性氢氟酸、 盐酸、 磷酸及醋酸等溶 液中亦有很高的化学稳定性 ［ ］ 。 另外金属的抗氧化性对金属摩擦副的磨损有影 响， 而抗氧化性与化学成分有关。坯料与模具之间 滑动过程中产生摩擦热而使表面形成氧化层膜， 此 膜使金属与金属隔开， 起着保护作用， 能在一定程度 上阻止合金中原子向外扩散和减轻氧原子向内扩 散， 从而有效地延缓了氧化和其他腐蚀过程。 “ 清晰细腻的纹理结构 高铝复杂青铜和铍青铜等由于合金元素和稀土 的加入明显地细化了基体组织， 材料不仅强韧性好， 而且加工工艺性能明显优于相同使用条件的模具 钢。铍青铜精度准确， 复制性好， 纹理清晰， 尺寸精 度可达 . ／ D D。 另外， 特殊青铜可用于铸造， 在热处理或烧结后 可省去表面处理， 故缩短了模具制造周期。 . 7 8 - O ;等不锈钢板片的 模具材料。合金成分设计参考了大量国内外有关耐 磨高强高铝青铜成分设计的实例， 分析了各元素在 合金中的作用， 针对所研究模具铜合金的实际使用 要求， 在参考P “ ，6 作为合金设计的主元素。 试制的7 8 1 ; B B J E B D B 成分 7 8“ 9 卷 万方数据