钢结硬质合金模具在热挤压模具上的应用

气门顶杆是燃油（气）发动机的关键部件，工作状态下受高温气体的冲刷和气门座的摩擦磨损，极易失效报废，气门顶杆广泛应用于汽车、飞机、农机和船舶行业，我国年需求量数千万件计。近几十年来，汽车生产批量急增及性能的提高对气门顶杆材质及加工方法提出了新的要求。气门顶杆材质由低碳钢渗碳发展到高合金耐热不锈钢，加工方式也由电热墩制坯改为热挤压。由热挤压加工的毛坯再经热处理和少量切削加工成为成品。

我国一汽、上海大众等厂家生产的各种轿车，发动机气门顶杆使用w（Cr）为21%的耐热不锈钢Cr21-4N，此钢高温强度高、耐磨性好，但价格昂贵。毛坯挤压温度1130~1170℃，变形抗力大，并且高含铬量使钢组织中含有大量高合金碳化物硬化相。工艺流程中，当挤压杆部时，高温、高抗磨的Cr21-4N不锈钢金属从挤压模孔挤出，流速高达30 m/s，对模孔造成严重的犁削磨损，多次挤压磨痕逐步加深形成犁沟，并且每次挤压后，水剂石墨润滑造成模具工作面温度剧烈变化，产生热应力，反复多次，模具工作面由热疲劳产生龟裂，进而剥落，挤压模工作带很快被拉毛，工件难以从模具中取出，从而造成模具报废。专家考核表明，常用的3Cr2W8V热作模具钢挤压模寿命仅100件/模，无法进行生产，高速钢热挤压模寿命也只有600 ~ 700件/模。国外气门顶杆己实现热挤压生产线生产，使用高温抗磨钢和硬质合金制成的模具寿命达4000件/模以上。

为解决生产实际问题，我们采用高强韧性钢结硬质合金模具，进行气门顶杆热挤压模具应用试验：硬质合金采用合金粉末经压型、烧结而制成各种高合金制品，具有成分无偏析、组织均匀、硬度高、抗高温、高耐磨等优点，己被广泛应用于各种刀具、工具，但硬质合金密度低，组织中有微型孔洞，承受冲击力和拉应力能力低，被认为是脆性材料，应用范围受到限制。为提高硬质合金的韧性，粉末冶金行业以铬铝钢、高碳马氏体不锈钢、高速钢等为基体，以TiC. WC为硬质相制成钢结硬质合金，这种合金兼有钢和硬质合金的优点。近年来又开发出了钢结硬质合金模具热锻工艺，使其强韧性进一步提高。合金烧结体经1100℃锻造、退火、机加工、热处理、磨削加工而成热挤压凹模。

钢结硬质合金凹模经烧结、锻造、热处理之后，具有较好的强韧性配合，但热挤压时挤压力达550MPa以上，凹模壁切向拉应力很大，易破裂。为此，采用以钢结硬质合金为模芯，以3Cr2W8V为外套的镶块式组合模具。这种结构有两个优点，一是通过模芯与外套尺寸过盈压配使模芯承受予紧力，挤压时不易产生破裂；二是模芯体积很小，可节省昂贵的钢结硬质合金模具，降低模具成本。钢结硬质合金模具在热挤压模具上的应用，寿命明显高于模具钢的，具有很好的推广应用前景。

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