本發(fā)明屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種組合式連續(xù)擠壓模腔堵頭材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

連續(xù)擠壓屬于一種流程短、效率高、靈活多變的金屬材料加工技術(shù)，為特殊型材產(chǎn)品提供了一種非常好的生產(chǎn)手段。以銅、鋁、鎂等有色金屬及合金、有色金屬與有色金屬?gòu)?fù)合材、有色金屬與黑色金屬?gòu)?fù)合材等為代表，包括線材、管材、板材等多種形式的產(chǎn)品均可由連續(xù)擠壓產(chǎn)線生產(chǎn)，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于制冷業(yè)、電視傳輸、通信傳輸線纜以及電氣化鐵路等領(lǐng)域（宋寶韞, 樊志新，連續(xù)擠壓技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展及應(yīng)用，中國(guó)銅加工技術(shù)與應(yīng)用論壇，2007）。

連續(xù)擠壓生產(chǎn)本質(zhì)上是坯料在旋轉(zhuǎn)的擠壓輪帶動(dòng)下通過(guò)擠壓輪側(cè)面的模腔進(jìn)入擠壓腔的過(guò)程，在輪槽摩擦力的作用下，坯料溫度與壓力升高到一定值后，從模腔的?？字袛D出，形成型材產(chǎn)品。這一特點(diǎn)決定了模腔成為最易損的生產(chǎn)部件，尤其是直接受到高溫金屬?zèng)_擊的堵頭最易發(fā)生變形或開(kāi)裂。傳統(tǒng)連續(xù)擠壓模腔為一個(gè)完整的零件，由密封面、堵頭、進(jìn)料口、坯料流動(dòng)通道等部分組成，一旦堵頭發(fā)生失效，則整個(gè)模腔將終止服役，因此如何提高模腔服役壽命，對(duì)連續(xù)擠壓生產(chǎn)的成本控制與生產(chǎn)率提高而言，是一個(gè)技術(shù)難題。

中國(guó)專利CN1943893公開(kāi)了一種組合式連續(xù)擠壓機(jī)的腔體（即模腔）設(shè)計(jì)，將擋料塊（即堵頭）作為獨(dú)立零件鑲嵌裝在模腔上，使得堵頭材料可以選用不同于腔體且可承受較大負(fù)荷的材料，但是使用何種材料作為堵頭材料并無(wú)提及。文獻(xiàn)指出（宋寶韞，樊志新，陳莉；連續(xù)擠壓技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展及應(yīng)用，銅加工，2010年第2期），開(kāi)發(fā)工模具新材料是連續(xù)擠壓技術(shù)的重要發(fā)展方向之一，而針對(duì)組合式模腔開(kāi)發(fā)高性能堵頭材料，勢(shì)必會(huì)提高模腔的使用壽命，對(duì)連續(xù)擠壓生產(chǎn)提高效率、降低成本起到積極作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種組合式連續(xù)擠壓模腔堵頭材料及其制備方法，以該方法制備的合金板材具有較高的硬度，并且在室溫與高溫（750℃）下具有較好的強(qiáng)度，應(yīng)用于一種組合式連續(xù)擠壓模腔堵頭的制造具有優(yōu)勢(shì)。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種組合式連續(xù)擠壓模腔堵頭材料，一種組合式連續(xù)擠壓模腔堵頭材料的化學(xué)成分質(zhì)量百分含量為：C：0.02～0.045%，Si≤0.3%，Mn≤0.3%，P≤0.01%，S≤0.001%，Cr：18～20%，Mo：2～4%，Al：0.5%～1.0%，Ti：1.0～1.5%，Nb：4～6%，F(xiàn)e：18～20%，Co≤0.2%，B：0.003～0.01%，RE≤0.1%，其余為鎳和不可避免的雜質(zhì)；所述RE指稀土元素鈰Ce、鑭La和釔Y，且保證Ce+La+Y≤0.1%。

本發(fā)明所述成品合金板材組織均勻，硬度值為HRC45～HRC50；室溫下抗拉強(qiáng)度為1266～1300MPa，屈服強(qiáng)度為1085～1090MPa；750℃下的抗拉強(qiáng)度為870～890MPa，屈服強(qiáng)度為730～750MPa。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述組合式連續(xù)擠壓模腔堵頭材料的制備方法，所述制備方法包含以下步驟：

1）精煉得到合金板坯；將合金板坯在加熱爐中加熱至1160～1180℃進(jìn)行30～40小時(shí)的均勻化處理，然后隨爐冷卻至室溫，得到均勻化的合金板坯；

2）將均勻化的合金板坯轉(zhuǎn)移至另一已升溫至1000～1050℃的加熱爐中，待爐溫穩(wěn)定后保溫1～2小時(shí)，得到均熱態(tài)的合金板坯；

3）取出均熱態(tài)合金板坯，在空氣中待溫至900～1000℃，然后送入雙輥可逆式熱軋機(jī)進(jìn)行5～7個(gè)道次的往復(fù)軋制，總壓下率控制在50～70%，終軋溫度控制在800～850℃，最后在20～25℃的清水中冷卻至室溫，得到合金熱軋板；

4）將合金熱軋板置于一升溫至700～750℃的加熱爐內(nèi)保溫8～10小時(shí)，然后以0.5～1℃/min的冷卻速度冷卻至600～650℃，再次保溫8～10小時(shí)，之后置于空氣中自然冷卻至室溫，得到合金成品板材。

本發(fā)明所述步驟1）中加熱爐均勻化處理加熱升溫過(guò)程中先以1.6～2.5℃/min的速度升溫至600℃，保溫30min，再以5℃/min的升溫速度升溫至1160～1180℃，保溫30～40小時(shí)。

本發(fā)明所述步驟3）中待溫過(guò)程在雙輥可逆式熱軋機(jī)的輥道上進(jìn)行，并通過(guò)便攜式測(cè)溫槍測(cè)得實(shí)時(shí)溫度；終軋溫度亦通過(guò)便攜式測(cè)溫槍測(cè)得。

本發(fā)明所述步驟4）中加熱爐預(yù)先設(shè)置到700～750℃，到溫后直接將合金熱軋板放入加熱爐內(nèi)，均溫15～20min后開(kāi)始計(jì)時(shí)8～10小時(shí)的保溫時(shí)間；之后通過(guò)程序控制加熱爐功率，以0.5～1℃/min的冷卻速度冷卻至600～650℃，再次保溫8～10小時(shí)，最后將板材從加熱爐取出，置于空氣中自然冷卻至室溫，得到合金成品板材。

本發(fā)明所述步驟1）、2）、4）中的加熱爐為硅碳棒式加熱爐。

本發(fā)明所述步驟1）、2）、4）中的加熱爐為硅碳棒式可程序控制升降溫速率與保溫時(shí)間的加熱爐。

本發(fā)明所述步驟1）中合金板坯制備方法為：在真空感應(yīng)爐中將合金料熔煉并澆鑄在鑄鐵模中，然后用氬氣保護(hù)電渣重熔爐將鑄錠進(jìn)行二次精煉，并于水冷銅模中凝固得到合金板坯。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：本發(fā)明得到的成品合金板材組織均勻，硬度值為HRC45～HRC50；室溫下抗拉強(qiáng)度為1266～1300MPa，屈服強(qiáng)度為1085～1090MPa；750℃下的抗拉強(qiáng)度為870～890MPa，屈服強(qiáng)度為730～750MPa。本發(fā)明通過(guò)合理的成分設(shè)計(jì)、控溫軋制以及軋后時(shí)效熱處理，獲取具有較高強(qiáng)度與硬度的合金材料，作為一種組合式連續(xù)擠壓模腔堵頭材料，滿足連續(xù)擠壓生產(chǎn)的工況要求。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的合金成品板材的金相組織圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制備的合金成品板材的金相組織圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例3制備的合金成品板材的金相組織圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例4制備的合金成品板材的金相組織圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例5制備的合金成品板材的金相組織圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例制備的成品板材的硬度水平柱狀圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例制備的成品板材在室溫和750℃環(huán)境下的抗拉強(qiáng)度柱狀圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例制備的成品板材在室溫和750℃環(huán)境下的屈服強(qiáng)度柱狀圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

各次實(shí)施例的板坯成分如表1所示。實(shí)施例1-5的所有操作均在相同設(shè)備完成。

表1實(shí)施例1-5化學(xué)成分（wt%）

其余為不可避免的雜質(zhì)。

實(shí)施例1

一種組合式連續(xù)擠壓模腔堵頭材料的化學(xué)組成見(jiàn)表1，其制備方法如下：

1）在真空感應(yīng)爐中將合金料熔煉并澆鑄在鑄鐵模中，然后用氬氣保護(hù)電渣重熔爐將鑄錠進(jìn)行二次精煉，并與水冷銅模中凝固得到合金板坯；將規(guī)格為長(zhǎng)150mm、寬120mm、厚120mm的合金板坯置于硅碳棒式加熱爐中以2.5℃/min的加熱速率加熱至600℃保溫30min，再以5℃/min的升溫速率加熱至1160℃保溫，進(jìn)行40小時(shí)的均勻化處理，然后隨爐冷卻至室溫，得到均勻化的合金板坯；

2）將均勻化的合金板坯轉(zhuǎn)移至另一已升溫至1050℃的硅碳棒式可程序控制加熱爐中，待爐溫穩(wěn)定后保溫2小時(shí)，得到均熱態(tài)的合金板坯；

3）取出均熱態(tài)合金板坯，在空氣中待溫至900℃，然后送入雙輥可逆式熱軋機(jī)進(jìn)行7個(gè)道次的往復(fù)軋制，道次壓下率依次為4.17%、8.7%、9.52%、10.52%、11.76%、13.33%、7.7%，總壓下率50%，終軋溫度控制在850℃，最后在25℃的清水中冷卻至室溫，得到合金熱軋板；

4）風(fēng)干表面后，將合金熱軋板置于一升溫至750℃的硅碳棒式可程序控制加熱爐內(nèi)，均溫15min后計(jì)時(shí)保溫8小時(shí)，然后以0.8℃/min的冷卻速度冷卻至650℃，再次保溫8小時(shí)，之后置于空氣中自然冷卻至室溫，得到合金成品板材。

實(shí)施例1制備的合金板材金相組織照片見(jiàn)圖1，硬度水平見(jiàn)圖6，室溫抗拉強(qiáng)度與750℃抗拉強(qiáng)度見(jiàn)圖7，室溫屈服強(qiáng)度與750℃屈服強(qiáng)度見(jiàn)圖8。本實(shí)施例制備的合金材料硬度為HRC48.38，室溫下抗拉強(qiáng)度為1300MPa，屈服強(qiáng)度為1090MPa；750℃抗拉強(qiáng)度為890MPa，屈服強(qiáng)度為750MPa。使用實(shí)施例1制備的堵頭在某銅合金線材連續(xù)擠壓廠服役至失效，生產(chǎn)銅合金線材約350噸。

實(shí)施例2

一種組合式連續(xù)擠壓模腔堵頭材料的化學(xué)組成見(jiàn)表1，其制備方法如下：

1）在真空感應(yīng)爐中將合金料熔煉并澆鑄在鑄鐵模中，然后用氬氣保護(hù)電渣重熔爐將鑄錠進(jìn)行二次精煉，并與水冷銅模中凝固得到合金板坯；將規(guī)格為長(zhǎng)150mm、寬120mm、厚120mm的合金板坯置于硅碳棒式加熱爐中以2℃/min的加熱速率加熱至600℃保溫30min，再以5℃/min的升溫速率加熱至1180℃保溫，進(jìn)行40小時(shí)的均勻化處理，然后隨爐冷卻至室溫，得到均勻化的合金板坯；

2）將均勻化的合金板坯轉(zhuǎn)移至另一已升溫至1020℃的硅碳棒式可程序控制加熱爐中，待爐溫穩(wěn)定后保溫2小時(shí)，得到均熱態(tài)的合金板坯；

3）取出均熱態(tài)合金板坯，在空氣中待溫至950℃，然后送入550雙輥可逆式熱軋機(jī)進(jìn)行7個(gè)道次的往復(fù)軋制，道次壓下率依次為4.17%、8.7%、9.52%、10.52%、11.76%、13.33%、7.7%，總壓下率50%，終軋溫度控制在830℃，最后在25℃的清水中冷卻至室溫，得到合金熱軋板；

4）風(fēng)干表面后，將合金熱軋板置于一升溫至720℃的硅碳棒式可程序控制加熱爐內(nèi)，均溫20min后計(jì)時(shí)保溫8小時(shí)，然后以0.85℃/min的冷卻速度冷卻至650℃，再次保溫8小時(shí)，之后置于空氣中自然冷卻至室溫，得到合金成品板材。

實(shí)施例2制備的合金板材金相組織照片見(jiàn)圖2，硬度水平見(jiàn)圖6，室溫抗拉強(qiáng)度與750℃抗拉強(qiáng)度見(jiàn)圖7，室溫屈服強(qiáng)度與750℃屈服強(qiáng)度見(jiàn)圖8。本實(shí)施例制備的合金材料硬度為HRC46，室溫抗拉強(qiáng)度為1280MPa，屈服強(qiáng)度為1088MPa；750℃抗拉強(qiáng)度為870MPa，屈服強(qiáng)度為740MPa。使用實(shí)施例2制備的堵頭在某銅合金線材連續(xù)擠壓廠服役至失效，生產(chǎn)銅合金線材約330噸。

實(shí)施例3

一種組合式連續(xù)擠壓模腔堵頭材料的化學(xué)組成見(jiàn)表1，其制備方法如下：

1）在真空感應(yīng)爐中將合金料熔煉并澆鑄在鑄鐵模中，然后用氬氣保護(hù)電渣重熔爐將鑄錠進(jìn)行二次精煉，并與水冷銅模中凝固得到合金板坯；將規(guī)格為長(zhǎng)150mm、寬120mm、厚120mm的合金板坯置于硅碳棒式加熱爐中以2.5℃/min的加熱速率加熱至600℃保溫30min，再以5℃/min的升溫速率加熱至1160℃保溫，進(jìn)行40小時(shí)的均勻化處理，然后隨爐冷卻至室溫，得到均勻化的合金板坯；

2）將均勻化的合金板坯轉(zhuǎn)移至另一已升溫至1050℃的硅碳棒式可程序控制加熱爐中，待爐溫穩(wěn)定后保溫2小時(shí)，得到均熱態(tài)的合金板坯；

3）取出均熱態(tài)合金板坯，在空氣中待溫至1000℃，然后送入550雙輥可逆式熱軋機(jī)進(jìn)行7個(gè)道次的往復(fù)軋制，道次壓下率依次為4.16%、8.69%、9.5%、10.52%、11.76%、13.33%、7.7%，總壓下率50%，終軋溫度控制在800℃，最后在25℃的清水中冷卻至室溫，得到合金熱軋板；

4）風(fēng)干表面后，將合金熱軋板置于一升溫至720℃的硅碳棒式可程序控制加熱爐內(nèi)，均溫18min后計(jì)時(shí)保溫8小時(shí)，然后以0.8℃/min的冷卻速度冷卻至650℃，再次保溫8小時(shí)，之后置于空氣中自然冷卻至室溫，得到合金成品板材。

實(shí)施例3制備的合金板材金相組織照片見(jiàn)圖3，硬度值水平見(jiàn)圖6，室溫抗拉強(qiáng)度與750℃抗拉強(qiáng)度見(jiàn)圖7，室溫屈服強(qiáng)度與750℃屈服強(qiáng)度見(jiàn)圖8。本實(shí)施例制備的合金材料硬度為HRC45.98，室溫抗拉強(qiáng)度為1266MPa，屈服強(qiáng)度為1085MPa；750℃抗拉強(qiáng)度為873MPa，屈服強(qiáng)度為730MPa。使用實(shí)施例3制備的堵頭在某銅合金線材連續(xù)擠壓廠服役至失效，生產(chǎn)銅合金線材約320噸。

實(shí)施例4

一種組合式連續(xù)擠壓模腔堵頭材料的化學(xué)組成見(jiàn)表1，其制備方法如下：

1）在真空感應(yīng)爐中將合金料熔煉并澆鑄在鑄鐵模中，然后用氬氣保護(hù)電渣重熔爐將鑄錠進(jìn)行二次精煉，并與水冷銅模中凝固得到合金板坯；將規(guī)格為長(zhǎng)150mm、寬120mm、厚120mm的合金板坯置于硅碳棒式加熱爐中以1.6℃/min的加熱速率加熱至600℃保溫30min，再以5℃/min的升溫速率加熱至1170℃保溫，進(jìn)行30小時(shí)的均勻化處理，然后隨爐冷卻至室溫，得到均勻化的合金板坯；

2）將均勻化的合金板坯轉(zhuǎn)移至另一已升溫至1000℃的硅碳棒式可程序控制加熱爐中，待爐溫穩(wěn)定后保溫1.5小時(shí)，得到均熱態(tài)的合金板坯；

3）取出均熱態(tài)合金板坯，在空氣中待溫至1000℃，然后送入550雙輥可逆式熱軋機(jī)進(jìn)行5個(gè)道次的往復(fù)軋制，道次壓下率依次為16.66%、25%、26.66%、27.27%、10%，總壓下率70%，終軋溫度控制在820℃，最后在23℃的清水中冷卻至室溫，得到合金熱軋板；

4）風(fēng)干表面后，將合金熱軋板置于一升溫至730℃的硅碳棒式可程序控制加熱爐內(nèi)，均溫20min后計(jì)時(shí)保溫10小時(shí)，然后以0.5℃/min的冷卻速度冷卻至600℃，再次保溫9小時(shí)，之后置于空氣中自然冷卻至室溫，得到合金成品板材。

實(shí)施例4制備的合金板材金相組織照片見(jiàn)圖4，硬度值水平見(jiàn)圖6，室溫抗拉強(qiáng)度與750℃抗拉強(qiáng)度見(jiàn)圖7，室溫屈服強(qiáng)度與750℃屈服強(qiáng)度見(jiàn)圖8。本實(shí)施例制備的合金材料硬度為HRC45.42，室溫抗拉強(qiáng)度為1272MPa，屈服強(qiáng)度為1090MPa；750℃抗拉強(qiáng)度為885MPa，屈服強(qiáng)度為742MPa。使用實(shí)施例4制備的堵頭在某銅合金線材連續(xù)擠壓廠服役至失效，生產(chǎn)銅合金線材約325噸。

實(shí)施例5

一種組合式連續(xù)擠壓模腔堵頭材料的化學(xué)組成見(jiàn)表1，其制備方法如下：

1）在真空感應(yīng)爐中將合金料熔煉并澆鑄在鑄鐵模中，然后用氬氣保護(hù)電渣重熔爐將鑄錠進(jìn)行二次精煉，并與水冷銅模中凝固得到合金板坯；將規(guī)格為長(zhǎng)150mm、寬120mm、厚120mm的合金板坯置于硅碳棒式加熱爐中以2.2℃/min的加熱速率加熱至600℃保溫30min，再以5℃/min的升溫速率加熱至1165℃保溫，進(jìn)行38小時(shí)的均勻化處理，然后隨爐冷卻至室溫，得到均勻化的合金板坯；

2）將均勻化的合金板坯轉(zhuǎn)移至另一已升溫至1025℃的硅碳棒式可程序控制加熱爐中，待爐溫穩(wěn)定后保溫1小時(shí)，得到均熱態(tài)的合金板坯；

3）取出均熱態(tài)合金板坯，在空氣中待溫至1000℃，然后送入550雙輥可逆式熱軋機(jī)進(jìn)行6個(gè)道次的往復(fù)軋制，道次壓下率依次為12.5%、14.28%、20%、16.66%、8.3%、9%、4%，總壓下率60%，終軋溫度控制在825℃，最后在20℃的清水中冷卻至室溫，得到合金熱軋板；

4）風(fēng)干表面后，將合金熱軋板置于一升溫至700℃的硅碳棒式可程序控制加熱爐內(nèi)，均溫15min后計(jì)時(shí)保溫9小時(shí)，然后以1℃/min的冷卻速度冷卻至650℃，再次保溫10小時(shí)，之后置于空氣中自然冷卻至室溫，得到合金成品板材。

實(shí)施例5制備的合金板材金相組織照片見(jiàn)圖5，硬度值水平見(jiàn)圖6，室溫抗拉強(qiáng)度與750℃抗拉強(qiáng)度見(jiàn)圖7，室溫屈服強(qiáng)度與750℃屈服強(qiáng)度見(jiàn)圖8。本實(shí)施例制備的合金材料硬度為HRC45.27，室溫抗拉強(qiáng)度為1310MPa，屈服強(qiáng)度為1089MPa；750℃抗拉強(qiáng)度為890MPa，屈服強(qiáng)度為748MPa。使用實(shí)施例5制備的堵頭在某銅合金線材連續(xù)擠壓廠服役至失效，生產(chǎn)銅合金線材約350噸。