鋼結硬質合金模具在熱擠壓模具上的應用

氣門頂杆是燃油（氣）發動機的關鍵部件，工作狀態下受高溫氣體的沖刷和氣門座的摩擦磨損，極易失效報廢，氣門頂杆廣泛應用於汽車、飛機、農機和船舶行業，我國年需求量數千萬件計。近幾十年來，汽車生產批量急增及性能的提高對氣門頂杆材質及加工方法提出了新的要求。氣門頂杆材質由低碳鋼滲碳發展到高合金耐熱不銹鋼，加工方式也由電熱墩制坯改為熱擠壓。由熱擠壓加工的毛坯再經熱處理和少量切削加工成為成品。

我國一汽、上海大眾等廠家生產的各種轎車，發動機氣門頂杆使用w(Cr)為21%的耐熱不銹鋼Cr21-4N，此鋼高溫強度高、耐磨性好，但價格昂貴。毛坯擠壓溫度1130~1170℃，變形抗力大，並且高含鉻量使鋼組織中含有大量高合金碳化物硬化相。工藝流程中，當擠壓杆部時，高溫、高抗磨的Cr21-4N不銹鋼金屬從擠壓模孔擠出，流速高達30m/s，對模孔造成嚴重的犁削磨損，多次擠壓磨痕逐步加深形成犁溝，並且每次擠壓後，水劑石墨潤滑造成模具工作面溫度劇烈變化，產生熱應力，反復多次，模具工作面由熱疲勞產生龜裂，進而剝落，擠壓模工作帶很快被拉毛，工件難以從模具中取出，從而造成模具報廢。專家考核表明，常用的3Cr2W8V熱作模具鋼擠壓模壽命僅100件/模，無法進行生產，高速鋼熱擠壓模壽命也只有600 ~ 700件/模。國外氣門頂杆己實現熱擠壓生產線生產，使用高溫抗磨鋼和硬質合金製成的模具壽命達4000件/模以上。

為解決生產實際問題，我們採用高強韌性鋼結硬質合金模具，進行氣門頂杆熱擠壓模具應用試驗：硬質合金採用合金粉末經壓型、燒結而製成各種高合金製品，具有成分無偏析、組織均勻、硬度高、抗高溫、高耐磨等優點，己被廣泛應用於各種刀具、工具，但硬質合金密度低，組織中有微型孔洞，承受衝擊力和拉應力能力低，被認為是脆性材料，應用範圍受到限制。為提高硬質合金的韌性，粉末冶金行業以鉻鋁鋼、高碳馬氏體不銹鋼、高速鋼等為基體，以TiC. WC為硬質相製成鋼結硬質合金模具，這種合金兼有鋼和硬質合金模具的優點。近年來又開發出了鋼結硬質合金模具熱鍛工藝，使其強韌性進一步提高。合金燒結體經1100℃鍛造、退火、機加工、熱處理、磨削加工而成熱擠壓凹模。

鋼結硬質合金凹模經燒結、鍛造、熱處理之後，具有較好的強韌性配合，但熱擠壓時擠壓力達550MPa以上，凹模壁切向拉應力很大，易破裂。為此，採用以鋼結硬質合金為模芯，以3Cr2W8V為外套的鑲塊式組合模具。這種結構有兩個優點，一是通過模芯與外套尺寸過盈壓配使模芯承受予緊力，擠壓時不易產生破裂；二是模芯體積很小，可節省昂貴的鋼結硬質合金，降低模具成本。鋼結硬質合金模具在熱擠壓模具上的應用，壽命明顯高於模具鋼的，具有很好的推廣應用前景。

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