熱擠壓概述

擠壓是對放在容器（擠壓筒）內(nèi)的金屬坯料施加外力，使之從特定的模孔中流出，獲得所需斷面形狀和尺寸的一種塑性加工方法，主要用于不銹鋼、鎳基高溫合金和難熔合金的棒材、管材及異型材的生產(chǎn)。

熱擠壓是幾種擠壓工藝中最早采用的擠壓成形技術(shù)，它是在熱鍛溫度下借助于材料塑性好的特點，對金屬進(jìn)行各種擠壓成形。熱擠壓主要用于制造普通等截面的長形件、型材、管材、棒材及各種機器零件等。

熱擠壓不僅可以成形塑性好，強度相對較低的有色金屬及其合金，低、中碳鋼等，而且還可以成形強度較高的高碳、高合金鋼，如結(jié)構(gòu)用特殊、不銹鋼、高速工具鋼和耐熱鋼等。由于坯料必須加熱至熱鍛溫度進(jìn)行擠壓，常伴有較嚴(yán)重的氧化和脫碳等加熱缺陷，影響了擠壓件的尺寸精度和表面粗糙度。一般情況下，機器零件熱擠壓成形后，再采用切削等機械加工來提高零件的尺寸精度和表面質(zhì)量。

熱擠壓模是指使熾熱金屬直接被擠壓成各種型材、異型材或管材的模具。

熱擠壓模的工作條件相當(dāng)苛刻，承受壓縮應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，脫模時也承受一定的拉應(yīng)力。另外還受到?jīng)_擊負(fù)荷的作用。模具與熾熱金屬接觸時間較長，使其受熱溫度比熱鍛模更高，尤其是用于加工鋼鐵材料和難熔金屬時，工作溫度高達(dá)600—800℃，熱擠壓模的失效形式主要是模腔過量塑性變形、開裂、熱疲勞和熱磨損。

熱擠壓模具用鋼的尺寸一般比熱鍛模小，因此，對于這類模具特別要求具有高的熱穩(wěn)定性，較高的高溫強度和足夠的韌性，良好的耐熱疲勞性和高的耐磨性。

常用的熱擠壓模具用鋼是鎢系熱作模具鋼和鉻系熱作模具鋼，還有鉻鉬系、鎢鉬系和鉻鉬鎢系等新型的熱作模具鋼以及基體鋼等。

鎢系熱作模具鋼的代表性鋼種為傳統(tǒng)的3Cr2W8V鋼，由于其耐熱疲勞性差，在熱擠壓模方面應(yīng)用將逐漸減少，但在壓鑄模方面應(yīng)用較多。

鉻系熱作模具鋼的代表性鋼種有4Cr5MoSiV（H10）、4Cr5MoSiV（HM1）和4Cr5W2VSi（W2）等。這類鋼種是我國引進(jìn)鋼號中應(yīng)用最大、推廣最廣泛的鋼種

鉻鉬系熱作模具鋼的代表性鋼種有4Cr3MoSiV（H10）、3Cr3Mo3W2V（HM1）等。

熱擠壓是在再結(jié)晶溫度以上的溫度條件下的擠壓。鋼鐵材料熱擠壓成型技術(shù)取得飛躍發(fā)展是在1941年法國的J.Sejournet發(fā)明了玻璃潤滑劑擠壓法之后。鋼鐵材料熱擠壓時，在擠壓溫度、擠壓壓力、擠壓速度、潤滑條件與方式等方面，與鋁及鋁合金、銅及銅合金等有色金屬的熱擠壓相比，具有如下特點：

（1）擠壓溫度高，通常在1000~1250℃。

（2）擠壓壓力高，工模具工作條件惡劣。

（3）為了防止擠壓過程中工模具過度升溫而影響其強度，通常選用快速擠壓。

（4）為了確保高溫潤滑性能，一般采用玻璃潤滑劑熱擠壓，擠壓完成后需對制品進(jìn)行脫出玻璃處理。

（5）良好的玻璃潤滑劑可以使金屬流動均勻性大為改善。

鋼鐵材料熱擠壓中，擠壓模、芯桿、擠壓筒、擠壓墊片等工模具的工作條件十分惡劣。用作工模具的材料，既要求具有高強度，又要求具有優(yōu)良的耐高溫、耐磨損性能。

實際生產(chǎn)中所用的工模具材料主要有H13（美國）、SKD61、SKD62、SKD6（日本）、2Cr2W8V（中國）。由于以上特點，鋼鐵材料的熱擠壓生產(chǎn)成本要比鋁合金及銅合金的高得多。

區(qū)別于傳統(tǒng)鋼鐵材料和有色金屬材料采用軋制穿孔工藝生產(chǎn)荒管，690合金無縫管的生產(chǎn)主要是采用熱擠壓成型方式，如圖1所示是690合金荒管的熱擠壓工藝工裝簡化圖。

用熱擠壓方式生產(chǎn)無縫管要求管坯是空心的坯料，國內(nèi)較多采用先鉆孔后經(jīng)感應(yīng)加熱擴(kuò)孔的方式得到熱擠壓空心管坯。擴(kuò)孔后的空心管坯溫度有所下降，需再經(jīng)過感應(yīng)加熱，使溫度提升到設(shè)定的坯料預(yù)熱溫度。擠壓開始之前，把能起到潤滑作用的玻璃墊片放在擠壓模上，同時用玻璃粉末對空心管坯的內(nèi)外表面進(jìn)行潤滑。將預(yù)熱后涂抹玻璃粉潤滑的管坯運送到擠壓筒附近的上料臺，然后滾進(jìn)擠壓筒和柱塞之間的料槽里，將擠壓墊片運送到料槽中并貼近坯料，擠壓桿緩慢移動并靠近擠壓墊后，伸出擠壓芯棒，將坯料、擠壓墊片、擠壓芯棒連成一個整體。擠壓桿在低擠壓壓力下向前移動，將坯料送入擠壓筒中，料槽自動下降，隨著擠壓力的不斷增加，擠壓桿逐漸向前移動，先進(jìn)行預(yù)擠壓，填充管坯與擠壓筒之間的縫隙，接著坯料會從擠壓模與擠壓芯棒之間的間隙擠出。在此過程中，玻璃墊片與熱坯料接觸后逐漸軟化，并在坯料表面形成一層玻璃潤滑膜。擠壓桿在大擠壓力下繼續(xù)向前移動，直到最后剩下一段很短的余料，完成一次熱擠壓。

熱擠壓機廣泛應(yīng)用在型材、帶材（如鋁銅型材、不銹鋼型材等）的加工行業(yè)，近年來將粉末裝入鋼包套內(nèi)經(jīng)熱擠壓生產(chǎn)高速鋼、核燃料等工藝逐年增多。

金屬材料在擠壓模內(nèi)的受力狀態(tài)幾乎是三維受力狀態(tài)。在熱擠壓過程中，晶粒之間存在有巨大的剪切應(yīng)力和剪切形變。這種特殊的受力狀態(tài)對破壞粉末燒結(jié)坯料中的顆粒邊界（PPB），提高粉末顆粒的變形量，消除孔隙有明顯的效果，因此一般認(rèn)為粉末冶金產(chǎn)品一經(jīng)熱擠壓處理后，其材料的綜合力學(xué)性能普遍提高。

如圖2所示是300t臥式熱擠壓機結(jié)構(gòu)示意圖。它主要是由一臺臥式油壓機組成。擠壓模具是由擠壓嘴4，擠壓模7、擠壓推桿9組成。擠壓推桿9用螺栓固定在活動橫梁11上，擠壓模具外面安裝有一臺可以左右移動的加熱爐6。擠壓模具的右端由模具固定架10固定。擠壓過程中產(chǎn)生的擠壓抗力將由油壓機的受力支架8等承受。擠壓出的產(chǎn)品經(jīng)下橫梁的中心孔排出落入出料器上。

熱擠壓模具材料的選擇是根據(jù)擠壓材料的熱變形溫度和擠壓的壓應(yīng)力來決定。例如當(dāng)擠壓鋁合金時，在室溫下的擠壓應(yīng)力約為1200～1400MPa。但當(dāng)溫度提高到600℃時，擠壓應(yīng)力可降為550～600MPa。

模具材料在室溫下可供選擇的有GCr15、9CrSi、W18Cr4V、4CrW2Si；在600℃以上使用的模具材料有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V、3Crl8Mn12Si2N、2Cr20Mn9Ni2Si2N、3Cr8Ni25Si2、12Cr3MoVSiTiB等。另外，硬質(zhì)合金和某些金屬陶瓷材料具有較高的硬度和使用溫度，可以用來作擠壓模的襯里材料。

如圖3所示為簡易熱擠壓機示意圖。它主要由油壓系統(tǒng)、受力架，擠壓模具、加熱爐等四部分組成。

油壓系統(tǒng)包括油泵、閥門、管道、油缸、活塞等部件。圖3中為了簡化只把油缸11及活塞12等部件畫出。油缸產(chǎn)生的巨大壓力由受力柱16和固定螺母14支承。擠壓模6安裝在移架23的臺面上。加熱爐4安裝在擠壓模外圍。當(dāng)擠壓物料3被加熱后，活塞12在油液壓蔓推動下通過擠壓推桿22將擠壓料3擠出，完成擠壓工序。

粉末冶金專用的熱擠壓機，在我國尚未生產(chǎn)。在鋁型材、銅型材等行業(yè)中使用的擠壓機有下列幾種，其性能如圖4所示。

熱擠壓模是對加熱到再結(jié)晶溫度以上的金屬進(jìn)行擠壓的模具。

中文名稱

熱擠壓模

英文名稱

hot extruding die

定　　義

對加熱到再結(jié)晶溫度以上的金屬進(jìn)行擠壓的模具。

應(yīng)用學(xué)科

機械工程（一級學(xué)科），模具（二級學(xué)科）

熱擠壓模具用鋼的選擇見表下表 ：

熱擠壓模具用鋼選擇：