不銹鋼管擠壓模是擠壓工模具中最易損壞的模具。只有在具有擠壓模的使用過(guò)程中所承受的負(fù)荷和溫度變化方面的數(shù)據(jù)的條件下，才能有充分的根據(jù)來(lái)選擇制造擠壓模的材料。
早在20世紀(jì)60年代末，德國(guó)的礦業(yè)研究院和格勒迪茨鋼廠，俄國(guó)的巴爾金中央黑色冶金科學(xué)研究院，全蘇不銹鋼管科學(xué)研究所和尼科波爾南方不銹鋼管廠，以及捷克斯洛伐克的黑色冶金科學(xué)研究院和切爾可夫冶金廠共同進(jìn)行了這方面的試驗(yàn)研究工作。
為了確定擠壓模截面上各點(diǎn)（圖7-41)的溫度，采用帶有熱電偶槽的分塊結(jié)構(gòu)的模子，帶有直徑為0.3~0.5mm導(dǎo)線的Cr-Al熱電偶安放在模子壓縮錐的起點(diǎn)和中點(diǎn)（點(diǎn)1、點(diǎn)2),圓錐到定徑帶的過(guò)渡處（點(diǎn)3)和模壁內(nèi)（點(diǎn)4).在點(diǎn)1~3的熱電偶的端點(diǎn)安置在距離模子表面深度1.5mm處。焊接好已接上導(dǎo)線的熱電偶，用由氧化鋁和水玻璃的混合物制成的絕緣物質(zhì)填滿熱電偶槽。然后把兩塊半模焊接起來(lái)。
為了校準(zhǔn)熱電偶，把裝配好的模子放在有固定溫度的恒溫器中。熱電偶測(cè)出數(shù)值的記錄由H-700示波器完成，在記錄溫度的同時(shí)還記錄了擠壓力。
在擠壓CT3和06Cr18Ni11Ti鋼坯料時(shí)，坯料在有保護(hù)氣氛的爐子中加熱到1180~1200℃,擠壓筒的直徑為80mm、120mm,擠壓比為4、7.1、16。
個(gè)別測(cè)量擠壓模溫度的試驗(yàn)是在擠壓鉬合金ZrMo-2A時(shí)進(jìn)行的。鉬合金擠壓時(shí)，采用石墨墊進(jìn)行無(wú)壓余擠壓。
研究了擠壓模受熱程度與所用玻璃潤(rùn)滑劑的黏度、延伸系數(shù)、擠壓速度和其他參數(shù)之間的關(guān)系。擠壓時(shí)擠壓模的受熱情況示于圖7-41.
在采用玻璃潤(rùn)滑劑擠壓不銹鋼坯料的條件下，擠壓模的受熱的一般情況示于圖7-41,由圖可知：（1)擠壓之前擠壓模上存在著體積上不均勻的熱場(chǎng)，這是在冷模子與被加熱到350℃的擠壓筒接觸之后建立的。這時(shí)，模子的最大受熱（約280℃)發(fā)生在模子同擠壓筒直接接觸的部位（點(diǎn)1),而最小受熱發(fā)生在模子內(nèi)部（點(diǎn)4).(2)在擠壓過(guò)程中，來(lái)自變形坯料的流作用到模子上，此熱流經(jīng)過(guò)潤(rùn)滑墊發(fā)生作用，而潤(rùn)滑墊的厚度從點(diǎn)1到點(diǎn)3逐漸減小。因此，模子工作圓錐表面的受熱是不均勻的。最大的溫度增加ΔT發(fā)生在圓錐部位到定徑帶的過(guò)渡處（點(diǎn)3),此處潤(rùn)滑劑層最薄。在表面層，該區(qū)域的溫度增加到300℃,而在深度1.5mm處T3為200℃.在點(diǎn)1和點(diǎn)2處，ΔT的數(shù)值不超過(guò)20~30℃.因此，模子上最大受熱處是區(qū)域3,該處表面層的溫度達(dá)500℃,在深度1.5mm的層面平均溫度為400℃.
試驗(yàn)時(shí)，采用以下材料制作擠壓模具：GW工具鋼、鎳基和難熔金屬為基的耐熱合金。這些材料的強(qiáng)度極限σ,和溫度的關(guān)系示于圖7-42.從圖中可以看出，熱穩(wěn)定性最好的工具鋼3Cr2W8V可以應(yīng)用在不超過(guò)600℃的受熱溫度下，超過(guò)該溫度將引起此鋼強(qiáng)度極限的急劇下降。
鎳基耐熱合金在800℃下可以保持足夠高的強(qiáng)度。在加熱到900℃時(shí)，這類合金還可以在不超過(guò)600MPa的載荷下工作。
鉬基高溫合金表現(xiàn)出強(qiáng)度性能在很寬的溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定性，但其強(qiáng)度水平明顯地低于鎳基高溫合金。只有在1000℃以上的溫度時(shí)，鉬合金才具有比Ni-monic 合金更高的強(qiáng)度，但其應(yīng)用受到擠壓時(shí)單位壓力不應(yīng)當(dāng)超過(guò)400MPa的限制。
為了確定圖7-41試驗(yàn)材料的耐磨性，將其制作成模環(huán)進(jìn)行試驗(yàn)。模環(huán)由鉬合金ZrMo-2A和ZrMo-5、高溫合金CrNi5NbWMoCoAl和ЖSi6CoP以及工具鋼3Cr2W8V制成。另外還試驗(yàn)了硬質(zhì)合金WCo25B模環(huán)。套環(huán)由3Cr2W8V 鋼制成并經(jīng)熱處理，HRC=42~44.各種材料的模環(huán)的硬度列于表7-7中。
模環(huán)以0.08~0.10mm的過(guò)盈量被壓入套環(huán)中。以模孔直徑的變化作為評(píng)定模子磨損的標(biāo)準(zhǔn)。采用最佳成分的潤(rùn)滑劑在擠壓不銹鋼坯料的條件下進(jìn)行試驗(yàn)。為了研究模環(huán)在更加嚴(yán)酷的工作條件下工作的情況，進(jìn)行了無(wú)潤(rùn)滑劑擠壓試驗(yàn)。此時(shí)在模子點(diǎn)3部位的受熱溫度達(dá)到800~900℃.組合模的試驗(yàn)表明，在第一批材料擠壓后，鉬合金模環(huán)的過(guò)盈量減少，并發(fā)現(xiàn)模孔直徑略有減小；但在以后的數(shù)次擠壓后，模孔沒(méi)有發(fā)生變化，模環(huán)出現(xiàn)破裂，而模環(huán)裂紋的存在卻沒(méi)有影響其工作能力。
高溫合金CrNi56WMoCoAl和ЖSi6CoP也發(fā)生了帶有相應(yīng)的模孔直徑不大地減小。但此過(guò)程沒(méi)有伴隨模環(huán)裂紋的形成。
硬質(zhì)合金模環(huán)（WCo25B)工作過(guò)程中并不會(huì)減小直徑，相應(yīng)地，尺寸也不會(huì)改變，但經(jīng)第一次擠壓后，模環(huán)表面會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)狀裂紋。
鉬合金模環(huán)由于減徑引起的直徑最大減小值為0.25mm,而鎳合金為0.1mm.在隨后的3~5次擠壓時(shí)（用潤(rùn)滑劑），鎳合金模環(huán)孔徑停止減小，而鉬合金模環(huán)仍有減徑，直至10次擠壓后才停止。
為了更加廣泛地試驗(yàn)鎳基高溫合金模環(huán)的耐磨性，在巴爾金中央黑色冶金科學(xué)研究院進(jìn)行的雙金屬型材的半工業(yè)性生產(chǎn)中，采用帶有CrNi56WMoCoAl合金模環(huán)，經(jīng)受100次以上的擠壓而無(wú)明顯的磨損。KSi6CoP合金模環(huán)用于擠壓高溫合金Эи929試驗(yàn)表明，模環(huán)在擠壓70次以后，實(shí)際上模孔尺寸沒(méi)有改變。
在擠壓難熔合金坯料時(shí)，采用鉬合金ZrMo-2A、ZrMo-5、ZrMoW-70和陶瓷CrSi22模環(huán)。為了防止模環(huán)減徑，模環(huán)要在低于再結(jié)晶溫度下進(jìn)行預(yù)變形。
帶有以上材料模環(huán)的組合模在擠壓鉬和鎢坯料時(shí)，加熱溫度為1300℃.ZrMo-2A合金模環(huán)在第一次擠壓后，直徑增加了0.8~1.0mm,當(dāng)擠壓溫度提高到1500~1600℃時(shí)，模環(huán)孔徑增加達(dá)2.0mm,即發(fā)生了強(qiáng)烈的熱磨損。帶ZrMo-5合金模環(huán)的組合模顯示出比較高的耐磨性，被用于擠壓加熱到1400℃的鎢坯料，經(jīng)5次擠壓后，模環(huán)的磨損為0.1mm.
ZrMoW-70合金模環(huán)用于擠壓鉬合金坯料時(shí)，加熱溫度為1300℃,發(fā)生的模徑減徑量在擠壓3次后為1.1mm.
擠壓難熔合金時(shí)，加熱溫度為1300~1700℃,采用裝有22CrSi陶瓷材料模環(huán)的組合模，絕對(duì)不會(huì)產(chǎn)生模孔尺寸的改變。但此種材料模環(huán)的機(jī)械強(qiáng)度不高，經(jīng)常在擠壓周期結(jié)束時(shí)，由于橫梁和擠壓筒的碰撞震動(dòng)而破壞，或當(dāng)采用石墨墊進(jìn)行無(wú)壓余擠壓時(shí)，在金屬?gòu)哪？讛D出的瞬間，模環(huán)即發(fā)生破壞。表7-8為擠壓難熔金屬坯料時(shí)模環(huán)的使用壽命試驗(yàn)結(jié)果。
