专利名称：一种铜热挤压用模具材料及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铜热挤压用模具材料，本发明还涉及该铜热挤压用模具材料的制
备工艺。
背景技术：
挤压模具是挤压设备的关键部件，直接决定了产品质量、生产效率及生产成本。挤 压模具由于在高温高压下作业，并承受周期载荷的作用，因此对模具材料的性能要求很高， 如高强度、高韧性、低热膨胀率、良好的热稳定性及热疲劳性、高耐磨性以及优良的加工性 能等。而挤压模具的优劣又取决于模具材料的选择。选用何种模具材料，对模具寿命、产品 质量有着十分重要的影响。对于铜及铜合金而言，由于热加工温度高达800 1100°C，故 而对模具材料有着更严格的要求。目前，铜及铜合金热挤压模具材料主要有模具钢、金属陶 瓷、钨钼难熔金属材料。H13钢作为新一代模具钢，由于性能有了较大提高，而且价格相对便宜，因而目前 仍为许多铜加工企业采用，但其使用寿命短，仅为数十次。金属陶瓷能在较高的温度下保持 较高的硬度，是新近发展起来的热挤压模具材料，虽使用寿命尚可，但由于其韧性及抗热疲 劳性差，使用时需要进行严格的镶套，因而成本较高、制备工艺复杂且困难。难熔金属钼及其合金因具有熔点高，强度大，硬度高，导电导热性能和耐腐蚀性能 好等优良的特性，被广泛认为是一种性能优良、价格相对便宜的热挤压模具材料。但传统 的钼材料及后继开发的TZM、AKS-Mo、La203-Mo等合金，要么高温强度差、要么韧性及加工性 差，这都限制了它们的应用；而Mo-Re合金虽具有很好的综合性能，但由于Re属于稀缺金 属，储量有限，且其价格也很高，不利于大规模的工业生产。因此，迫切需要一种既具备优异 的综合性能，又经济实惠的钼合金以满足铜热挤压用模具材料的需求。
发明内容
本发明所要解决的第一技术问题是提供一种具有高强度、高韧性、低热膨胀性率、 高导热、优良的热稳定性及加工性等特点，可大幅度提高模具的使用寿命和产品的质量的 铜热挤压用模具材料。本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种制备工艺简单、成本低的铜热挤压 用模具材料的制备工艺。为了解决第一个技术问题，本发明提供的铜热挤压用模具材料，由98.8wt. % 99. 2wt. %的微米级细晶Mo基体相和0. 8wt. % 1. 2wt. %的La203/Mo5Si3弥散相组成，其 中弥散相是由以复合微粒形式加入且重量比为1 1 1 1. 1的La203/MoSi2原位生成。为了解决第二个技术问题，本发明提供的铜热挤压用模具材料的制备工艺，包括 配料混料_压制成型_烧结-锻造，其步骤为(1)、配料按照化学成分范围配备各种粉末原料，各种原料的纯度均大于99. 9%，其粒度均小于5 u m ；(2)、混料将配好的各种原料粉末装入三维混料机中进行混合，直至混合均勻；(3)、压制成型将混合均勻的混合料装入弹性塑胶套内，采用冷等静压的方法进行压制，其冷等 静压力为150 400MPa,时间为3 lOmin ；(4)、烧结将压制成型的坯料置于中频烧结炉中进行烧结处理，烧结气氛为氢气，烧结温度 为1500 2000°C，时间为1 5h ；(5)、锻造将烧结坯料真空中包套密封，在1100 1300°C温度下加热15 40min，并进行多 道次旋锻，得到最终的铜挤压模用钼材料。采用上述技术方案的铜热挤压用模具材料及其制备工艺，采用固_固掺杂添加适 量La203/MoSi2复合纳米微粒来改善钼材料的结构与性能。加入的La203可以通过弥散强化 和净化晶界等作用提高钼材料的强韧性。稀土氧化物若以纳米形式添加，其活性更大，但高 温强化作用会有所减弱。加入的MoSi2纳米微粒则可通过与钼发生原位反应形成三硅化五 钼，使材料的高温强度有较大提高，这种强韧化作用是一种互补的结果。与传统仅添加单一 La203相比，烧结温度降低，致密化的速度加快，导热性提高，热膨胀系数保持不变，室温断裂 韧性增加，耐冷热疲劳性能提高，而高温强度有较大改善。通过后继的锻造加工可进一步优 化钼材料的组织结构并获得微米级细晶Mo基体相及均勻分布弥散强化相、提高其致密度 及性能，以满足铜热挤压之苛刻要求。本发明具有的优点本发明所涉及的La203/MoSi2复合纳米微粒强化微米级细晶钼材料，充分发挥稀 土氧化物及原位生成三硅化五钼的增强补韧综合作用，具有高强度、高韧性、低膨胀率等优 点，而且制备工艺简单、成本低，应用于铜及其合金的热挤压模具，其使用寿命> 1000次/ 模，从而降低生产中换模次数，提高生产效率、降低模具成本。
具体实施例方式以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。实施例1 一种铜热挤压用模具材料，主要由Mo和La203/Mo5Si3复合纳米微粒组成，后者以 La203/MoSi2复合纳米微粒的形式加入到钼中，且加入量为lwt. %, La203与MoSi2重量比为 1，各原料粉末的纯度及粒度如表1所示。其制备工艺步骤为(1)、配料按照化学成分范围配备各种粉末原料，各种原料的纯度均大于99. 9%，其粒度 均小于5 u m ；(2)、混料将配好的各种原料粉末装入三维混料机中进行混合，直至混合均勻；
(3)、压制成型将混合均勻的混合料装入弹性塑胶套内，采用冷等静压的方法进行压制，其冷等 静压力为200MPa，时间为5min ；(4)、烧结将压制成型的坯料置于中频烧结炉中在氢气保护下于1800°C烧结2h ；(5)、锻造将烧结坯料于真空中包套密封，在1200°C温度下加热20min，进行5道次旋锻，每 道次压缩率为20%，得到最终的铜挤压模用钼材料。La203/MoSi2在烧结时与Mo发生原位反应生成La203/Mo5Si3，制备的最终钼材料的 力学性能指标如表2所示。表1原料粉末属性
表2本实施例材料性能数据
实施例2
一种铜热挤压用模具材料，主要由Mo和La203/Mo5Si3复合纳米微粒组成，后者以 La203/MoSi2复合纳米微粒的形式加入到钼中，且加入量为0. 8wt. %, La203与MoSi2重量比 为1 1，各种原料的纯度均大于99.9%，其粒度均小于5i!m。其制备工艺步骤为(1)、配料按照化学成分范围配备各种粉末原料，各种原料的纯度均大于99. 9%，其粒度均 小于5 u m ；(2)、混料将配好的各种原料粉末装入三维混料机中进行混合，直至混合均勻；(3)、压制成型将混合均勻的混合料装入弹性塑胶套内，采用冷等静压的方法进行压制，其冷等 静压力为150MPa，时间为lOmin ；(4)、烧结将压制成型的坯料置于中频烧结炉中在氢气保护下于1500°C烧结5h ；(5)、锻造将烧结坯料于真空中包套密封，在1100°C温度下加热40min，进行5道次旋锻，每 道次压缩率为20%，得到最终的铜挤压模用钼材料。
制备的最终钼材料致密度99. 98 %、室温抗弯强度为1085MPa、延伸率为 17. 4%、室温断裂韧性22. 2MPa m1/2、1000°C的膨胀系数及导热率分别为5. 774*10_6K及 115W nT1 IT1、由此材料制备的挤压模具使用寿命为1287次/模。实施例3 一种铜热挤压用模具材料，主要由Mo和La203/Mo5Si3复合纳米微粒组成，后者以 La203/MoSi2复合纳米微粒的形式加入到钼中，且加入量为1. 2wt. %, La203与MoSi2重量比 为1 1. 1，各种原料的纯度均大于99. 9%，其粒度均小于511!11。其制备工艺步骤为(1)、配料按照化学成分范围配备各种粉末原料，各种原料的纯度均大于99. 9%，其粒度均 小于5 u m ；(2)、混料将配好的各种原料粉末装入三维混料机中进行混合，直至混合均勻；(3)、压制成型将混合均勻的混合料装入弹性塑胶套内，采用冷等静压的方法进行压制，其冷等 静压力为400MPa，时间为3min ；(4)、烧结将压制成型的坯料置于中频烧结炉中在氢气保护下于2000°C烧结lh ；(5)、锻造将烧结坯料于真空中包套密封，在1300°C温度下加热15min，进行5道次旋锻，每 道次压缩率为20%，得到最终的铜挤压模用钼材料。制备的最终钼材料致密度99. 99 %、室温抗弯强度为1260MPa、延伸率为 12. 2%、室温断裂韧性28. 6MPa m1/2、1000°C的膨胀系数及导热率分别为5. 768*10_6K及 107W nT1 IT1、由此材料制备的挤压模具使用寿命为1445次/模。
权利要求
一种铜热挤压用模具材料，其特征在于其组成成份为98.8wt.％～99.2wt.％的微米级细晶Mo基体相和0.8wt.％～1.2wt.％的La2O3/Mo5Si3弥散相，所述的弥散相La2O3/Mo5Si3是由以复合微粒形式加入且重量比为1∶1～1∶1.1的La2O3/MoSi2原位所生成。
2.制备权利要求1所述的铜热挤压用模具材料的工艺，包括配料-混料-压制成型-烧 结-锻造，其特征在于(1)、配料按照化学成分范围配备各种粉末原料，各种原料的纯度均大于99. 9%，其粒度均小于 5 y m ；(2)、混料将配好的各种原料粉末装入三维混料机中进行混合，直至混合均勻；(3)、压制成型将混合均勻的混合料装入弹性塑胶套内，采用冷等静压的方法进行压制，其冷等静压 力为150 400MPa,时间为3 lOmin ；(4)、烧结将压制成型的坯料置于中频烧结炉中进行烧结处理，烧结气氛为氢气，烧结温度为 1500 2000°C，时间为1 5h ；(5)、锻造将烧结坯料真空中包套密封，在1100 1300°C温度下加热15 40min，并进行多道次 旋锻，得到最终的铜挤压模用钼材料。
全文摘要
本发明公开了一种铜热挤压用模具材料及其制备工艺。该材料是由98.8wt.％～99.2wt.％的微米级细晶Mo基体相和0.8wt.％～1.2wt.％的La2O3/Mo5Si3弥散相组成，其中弥散相是由以复合微粒形式加入且重量比为1∶1～1∶1.1的La2O3/MoSi2原位生成。其制备工艺包括配料-混料压制成型-烧结-锻造。由于La2O3与原位生成的Mo5Si3的强化增韧综合作用，该钼材料具有高强度、高韧性、低膨胀率等特点，通过后继的锻造工艺进一步优化其组织结构、提高其致密度及性能，作为铜挤压模具材料，寿命提高到＞1000次/模，因而可大大提高生产效率、降低模具成本。
文档编号B22F3/12GK101876019SQ20091031131
公开日2010年11月3日 申请日期2009年12月11日 优先权日2009年12月11日
发明者吴壮志, 孙翱魁, 张理罡, 徐兵, 昝秀颀, 段柏华, 汪异, 王德志 申请人:中南大学