很多有色金属和钢的型材、管材和异型材是采用热挤压工艺成形的。热挤压模具是在高温、高压、磨损和热疲劳等恶劣条件下服役的。热挤压是塑性的金属坯料在压力的作用下通过挤压模具型腔形成所要求形状的型材或管材的过程。常用金属热挤压坯料的温度见表
1-1-15。
表1-1-15 常用金属的热挤压坯料加热温度范围
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金属种类 |
坯料加热温度范围/℃ |
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铅合金 |
90~260 |
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镁合金 |
340~430 |
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铝合金 |
340~510 |
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铜合金 |
650~1100 |
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钛合金 |
870~1040 |
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镍合金 |
1100~1260 |
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钢 |
1100~1260 |
热挤压模具主要由挤压筒、压头、挤压顶头、垫块、凹磨和心棒（用于挤压管材）等主要部件组成。热挤压模具的失效，主要是破裂、磨损、冲刷腐蚀、过热和热疲劳裂纹等原因造成的。
当进行轻合金挤压时，凹模垫块和心轴材料主要采用铬钼系中合金热作模具钢4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1钢等，热处理硬度为HRC45~50。心棒头及镶块则采用通用高速钢W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2等，热处理为HRC55~60。压力筒一般采用中碳合金结构钢，硬度为HRC35~40；压力筒内衬材料则采用4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1等，热处理硬度为HRC42~47。
铜和铜合金热挤压模具，凹模和垫块材料则采用4Cr5MoSiV，4Cr5MoSiV1，3Cr2W8V等钢种，心棒材料仍采用4Cr5MoSiV，4Cr5MoSiV1钢种。当挤压含镍量较高的铜镍合金时，心棒头及镶块有时采用镍基高温合金制造，挤压筒衬有时采用铁基高温合金制造。
热挤压钢的模具材料，凹模选用4Cr5MoSiV1加3Cr2W8V镶块，垫块则选用4Cr5MoSiV和4Cr5MoSiV1和3Cr2W8V或镍基高温合金。心棒仍用4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1等钢种，挤压筒和内衬材料则选用4Cr5MoSiV和4Cr5MoSiV1钢种。
挤压模具的寿命与所挤压的材料、挤压比密切相关，当加工变形拉力大的金属材料或在高挤压比的情况下，凹模和心棒的寿命大为缩短。模具的润滑条件和冷却对模具寿命有很大的影响。
另外，对在高温条件下磨损情况严重的热挤压模具，特别是挤压复杂形状工件的模具，有时采用高热强性的奥氏体型热强模具钢以及特种材料的镶块模具，特种镶块材料包括特种硬质合金、氧化铝及氧化锆陶瓷材料等。
热挤压模具用钢的选择见表1-1-16。
表1-1-16 热挤压模具用钢选择
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被热挤压
工件的材料 |
铝、镁合金 |
铜和铜合金 |
钢 |
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模具名称 |
模具材料 |
硬度
(HRC) |
模具材料 |
硬度
(HRC) |
模具材料 |
硬度
(HRC) |
|
凹模 |
4Cr5MoSiV1,
4Cr5MoSiV |
47~51 |
4Cr5MoSiV1,
4Cr5MoSiV,
5Cr4Mo2W2SiV,
3Cr2W8V |
42~44 |
4Cr5MoSiV1,
4Cr5MoSiV,
5Cr4Mo2W2SiV,
3Cr2W8V |
44~48 |
|
凹模垫块
及凹模环 |
4Cr5MoSiV1,
4Cr5MoSiV |
46~50 |
4Cr5MoSiV1,
4Cr5MoSiV |
40~44 |
4Cr5MoSiV1,
4Cr5MoSiV |
40~44 |
|
心棒 |
4Cr5MoSiV1,
4Cr5MoSiV |
46~50 |
4Cr5MoSiV1,
4Cr5MoSiV |
46~50 |
4Cr5MoSiV1,
4Cr5MoSiV |
46~50 |
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心棒头及
镶块 |
W6MoCr4V2,
6W6Mo5Cr4V |
55~60 |
6W6Mo5Cr4V,
镍基高温合金 |
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4Cr5MoSiV1,
3Cr2W8V |
44~50 |
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挤压缸内套 |
4Cr5MoSiV1,
4Cr5MoSiV |
42~47 |
4Cr5MoSiV1,
4Cr5MoSiV |
42~47 |
4Cr5MoSiV1,
4Cr5MoSiV |
42~47 |
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垫块 |
4Cr5MoSiV1,
4Cr5MoSiV |
40~44 |
4Cr5MoSiV1,
4Cr5MoSi, , , , V |
40~44 |
4Cr5MoSiV1,
4Cr5MoSiV |
40~44 |
