宣布时间：2022-02-23点击：1998
前言
连续挤压技术由于具有***、高质、节能等优势，在有色金属工业获得了广泛应用 。连续挤压已被应用于铜及铜合金生产，并以紫铜、铜银合金等为坯料生产了铜扁线及实心铜材 。其事情原理如图1所示 。
一个带有轮槽的挤压轮连续旋转，并在压实轮一定压下量下，利用挤压轮轮槽与坯料之间的摩擦力，将坯料连续不绝地拽入由挤压轮槽、导板、模腔组成的挤压模腔内，在模腔内爆发塑性变形，***终从模具孔中挤出所需的产品 。挤压轮的旋转运动是连续挤压的主要动力源，是靠坯料与挤压轮轮槽的摩擦来实现的，铜坯在挤压轮槽内受摩擦力作用而升温，挤压温度高达500℃以上，挤压腔内压高达1000MPa以上 。在高温高压的卑劣工况下，H13钢因较好的高温红硬性、抗攻击性和抗回火稳定性而成为此类连续挤压模具应用***多的钢种 。但恒久蒙受高温高压工况，易导致模具爆发热疲劳开裂、热熔损、侵蚀、断裂等失效形式 。
1 .失效模具状态及检测要领
失效挤压轮模具为由某钢企直径600mm规格H13电渣锭，经开坯至200mm×200mm方坯，再改锻为外径400mm×内径232mm×90mm的挤压轮坯 。此挤压轮设计使用能力为可挤压50t铜合金坯料，但在生产20t后泛起挤压轮轮槽一侧掉块失效，且轮槽两侧均泛起网状裂纹，如图2所示 。
接纳ARL4460直读光谱仪测定模具质料的化学身分；接纳TCH-600氢氧氮剖析仪测定气体身分；接纳LeicaDM2700M型金相显微镜视察模具显微形貌，并凭据GB/T10561-2005《钢种非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》标准对非金属夹杂物进行评定，凭据北美压铸协会NADCA3207-2011模具钢验收标准图谱对H13钢调质态显微组织进行评定；接纳ERNSTAT200自动硬度计测定失效模具的洛氏硬度；取挤压轮失效位置四周试样，在QSF-VF-1400T型箱式真空热处理炉中进行1030℃奥氏体化30min，淬火后，在600℃下进行2.5h回火，再依照GB/T6394标准比较法进行晶粒度评级 。
2. 检测结果及剖析
2.1身分测定
失效挤压轮化学身分如表 1 所示 。由表 1 可知，失效挤压轮为 H13 电渣锭质料身分，其中主合金元素铬、钼、钒含量属海内外标准的中上限水平，能满足该钢种在挤压模具用途中较好的强韧性及其他高温性能的特性要求， 同时较低的 P 、S 、O 、N 含量，体现出良好的冶金纯净度 。
2.2 失效模具的硬度
取失效挤压轮的网状裂纹区域的纵截面样件，接纳ERNSTAT200自动硬度计对裂纹样件自外貌至内部进行洛氏硬度测试，结果如表2所示，近外貌1#点硬度***低，其余2～5点硬度较为均匀，5个测试点均在铜挤压模具使用要求的硬度规模内，1#点偏低可能为硬度测试历程受近外貌裂纹因素的影响 。整体模具硬度正常 。
2.3 非金属夹杂物
经电渣重熔后的H13钢锻件中常见的显微夹杂物以Al2O3及其复合夹杂、TiN类及其复合夹杂等为主 。尤其是镁铝尖晶石类及氮化钛类硬质夹杂会破坏基体的连续性和完整性，对证料的综合性能爆发倒运影响 。通过取样检测，并以NADCA#207标准中***优质钢的质量水平作为比照，如表3所示 。
失效模具以少量氧化铝类夹杂及5μm级别的球形夹杂为主，完全抵达外洋主流标准NADCA的***优质钢水平要求，反应出质料较好的纯净度，这与质料的氧、氮气体含量低，以及电渣重熔精炼效果好有关 。
2.4 显微组织
取失效模具裂纹四周及模具正�；逅闹苁匝�，抛磨后经4%硝酸酒精侵蚀，接纳LeicaDM2700M型金相显微镜进行显微组织检测，如图3所示 。
由图3（a）、（b）可知，裂纹***大深度近1mm，裂纹四周未有明显脱碳层现象，周围组织均匀性较好，没有明显带状偏析，组织为正常调质的回火马氏体，裂纹延展尖端形貌近似沿晶裂样式 。由图3（c）可知，整体模具正常组织为回火马氏体组织，按北美压铸协会NADCA#207-2011标准热处理态图谱比照，应为HS5品级及格组织，热处理组织正常 。
2.5 晶粒度检测
取失效模具裂纹四周正常区域试样，经1030℃奥氏体化30min，淬火后，在600℃下进行回火 。由图4可知，热处理后失效模具平均晶粒尺寸直径达50μm，晶粒度约5.5级，明显为粗晶，不满足国标GB/T24594-2009《优质合金模具钢》中≥7级的晶粒度要求 。
关于淬火+回火马氏体类型的H13钢，晶粒的粗化对其质料的强度、塑性及韧性均有明显的倒运影响 。在铜合金挤压轮轮槽四周受到高压摩擦及高温接触，属此类模具中工况***为卑劣区域，对证料的强韧性具有较高要求，粗大的晶粒及较弱的晶界势必易爆发裂纹及扩展裂纹，导致模具早期失效 。
3 .结论及革新建议
（1）该挤压轮轮槽爆发裂纹的主要成因为组织粗晶，粗晶导致模具质料强韧性降低，尤其是在工况情况卑劣的轮槽区域，在高压、高温及摩擦力作用下，易爆发裂纹并延展，在铜坯摩擦下粘连掉块，导致挤压轮失效 。（2）模具质料化学身分、非金属夹杂物、硬度及显微组织均无明显异常 。对证料在铸造环节应增强加热制度控制，避免质料奥氏体化温度时间过长，导致晶粒长大明显 。在锻后可控制增加超细化冷却工艺，细化晶粒，提高质料强韧性，制止粗晶 。
来源：特种钢加工与应用
