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温挤压件质量及力学性能

 把温挤压界定在室温以上,再结晶温度以下的挤压工艺,那么根据前述的分析可知,温挤压件的质量及力学性能应更接近或类似于冷挤压。如温挤压件的尺寸精度力求接近冷挤压,温挤压后也会出现加工硬化现象,能起到强化零件的作用。

    1. 温挤压件的尺寸精度   温挤压的成型温度越低,其尺寸精度也越接近于冷挤压。引起尺寸变化的主要因素与冷挤压时相同:模具的弹性变形、挤压设备的弹性变形及模具的磨损等。其次是坯料加热、挤压后的冷缩量等。


 准确控制坯料加热温度和挤压成形温度,对温挤压件的尺寸精度影响很大。图9-20是45钢的膨胀曲线。在700℃时如果温度波动50℃,则由于收缩,尺寸就有±0.001mm/mm的变化。这相当于1/3~1/5的冷挤压件尺寸公差。在700~800℃,由于钢有相变,使得热膨胀曲线有变化。在进行温挤压凸模、凹模等工作部分尺寸计算时,除了要考虑模具受力后的弹性变形量外,还必须考虑模具升温后的膨胀量和制件冷却后的收缩量。

    钢在200~850℃温挤压时,挤压件的尺寸公差可这样考虑:50mm以下直径的正挤和反挤压件,直径公差不应小于0.1mm。如批量较大,直径公差可以取0.2~0.3mm。此外,高度尺寸与温度控制的准确性关系很大,其公差可取0.4~0.8mm。内、外径的偏移应按0.1~0.3mm控制。如果上述公差仍达不到零件图的要求,可在温挤压后增加冷整形工序。

2. 温挤压件的表面粗糙度  影响温挤压件表面粗糙度的主要因素是润滑条件,如润滑条件不理想,模具表面会因磨损而变得粗糙,进而擦伤挤压件表面,甚至发生粘附现象。其次,加热氧化也会使表面粗糙度值变大。温挤压温度选择越低,所能达到的表面粗糙度也越低。一般钢的温挤压件外表面的粗糙度达Ra3.2~1.6μm,内孔表面可达0.8~0.4μm。若要进一步降低表面粗糙度值,可在温挤压后进行冷整形。

3. 温挤压件的力学性能

(1) 硬度   当温挤压度在再结晶温度以下,便会产生加工硬化。有时,虽然加热温度处于再结晶温度以下,但是变形时产生的热效应,特别是表面摩擦的结果,致使在产品的表面层产生再结晶,但对整个挤压件来说,加工硬化现象还是存在的。一般来说,加工温度越高,挤出的制件硬度越低,即冷作硬化愈小。无论钢的成分如何,退火的坯料硬度越低,温挤压后硬度的增加率就越大。

(2) 屈服强度   从反挤压件上取下环状试件,从与轴垂直的方向压缩,测定试样的屈服负荷,其结果如图9-21所示。由图可见,随着成形温度变化,屈服发生载荷变化。在500℃以上,屈服载荷急剧下降,但相对机械加工产品而言,温挤压产品的屈服强度相对要大。

(3) 抗拉强度   图9-22为温挤压件的抗拉强度。图示是由经50%变形程度的正挤产品上取下的试样,进行抗拉强度试验的结果。在500℃以下的温挤压温度范围,45、35CrMo钢抗拉强度逐渐增强。温度继续上升,则抗拉强度下降。不锈钢0Cr18Ni9冷挤压后,抗拉强度为1300MPa,为坯料抗拉强度的2倍,温挤压时,抗拉强度增加的程度减小,如在400℃挤压时,产品抗拉强度为900MPa,与坯料抗拉强度相比,增加了不到30%。

    由此可见,像不锈钢这种在冷挤压时冷作硬化剧烈的材料,采用温挤压非常有效,变形力可大大下降。碳钢和低合金钢存在蓝脆现象。在蓝脆温度下温挤压,可得到抗拉强度较高的产品。


(4) 冲击韧度   图9-23 为35CrMo和0Cr18Ni9两种钢在不同温度下正挤压加工(变形程度50%)的产品,在室温下进行冲击试验的结果。从图中可见,冷挤压时,冲击吸收功比坯料的冲击吸收功降低了很多。但当温度升至温挤压温度范围时,冲击吸收功就增大了。不过,35CrMo钢在500~600℃时冲击吸收功急剧下降,比冷挤压产品的冲击吸收功还要低得多,这是因为该温度区域正是35CrMo在曲柄压力机上温挤压时出现蓝脆现象。而没有蓝脆现象的0Cr18Ni9,则随着温挤压温度的增加,产品冲击吸收功一直在增加。

     (5) 疲劳强度   曾有人将材料为20Cr的汽车活塞销在680℃温挤压,对其进行疲劳强度试验。发现出现疲劳裂纹的周次为8万~10万次;而采用冷挤压成形时,出现裂纹的周次为5 ~6万次;采用机械加工时,则为5万~8万次。由此可见,温挤压件的疲劳强度是最高的。

    通过以上的试验及对比表明,钢在200~400℃温挤压时,产品的力学性能与同样变形程度的冷挤压产品相近;而在400~850℃温挤压时,产品的抗拉强度、屈服极限为经热成形退火后产品的1.1~1.15倍。

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