粉末压实模具材料的选择

出处：按学科分类—工业技术 轻工业出版社《工模具材料应用手册》第253页（2290字）

最广泛地应用于将金属粉末转换成零件的压实工艺是一种闭式模压工艺。这种工艺的基本模具包括一个精密加工的凹模，一个上凸模和一个下凸模，如果零件是空心的话，还包括一个芯棒。这些零件借助于接合器连接到机械或液压压床的工作台上，接合器通常将基本模具包围着并提供挡块支撑。

视工件的形状和大小的不同，每小时生产500～2500件是很普通的。由于供压制的粉末的性质常带有磨蚀性，所以与粉末相接触的模具部分必须具有抗磨性，以便承受可能发生的磨损。

压制粉末的压力一般在70～830MPa之间，所用的模具必须具有一定的抗拉和抗压强度，以承受这些压力(加上一些安全余量，以免有可能过载)而不致永久变形。通常凹模在使用中受到拉应力，而凸模受到压缩应力。往往这种应力是不均匀的，因为被压制的粉末不会均匀地充实在凹模内。

此外，模具还需有足够的机械强度和足够的韧性以承受相当大的冲击负荷。另一方面，因为压制是在热态下进行的，如同在热等压加工一样，模具还必须具有高温下抗软化的能力。

通常希望有高度抛光的模具表面，这样就要求材料具有很低的非金属夹杂物或气孔。这个要求还可获得一项额外的好处：可改善疲劳强度，也有助于减少模具提前损坏。

另有两种令人感兴趣的特性—特别是对模具零件制造厂来讲——即可加工性和在热处理中抗变形性。由于更多地采用非常规金属切削工艺如电火花加工，减少了加工形状复杂工件的困难。当公差要求很严时，则热处理时能抗变形是很重要的。

供这类模具常用的材料有：①硬质合金；②有或没有特殊表面处理的工具钢。

凹模 用得最普遍的凹模结构是将抗磨镶块或里衬用夹住或红套法紧固在适当的位置，供压制硬质合金、陶瓷或铁粉用的凹模镶块常用中等或粗粒的94WC－6Co硬质合金；含有12～16%钴的硬质合金可用于中、大批生产中压制金属粉末的镶块之用。

硬质合金的弹性模数远比钢大——当设计钢和硬质合金组合凹模装配时，这一事实是必须考虑的。因为硬质合金挠曲只有钢的33～40%。一般要把钢零件设计成具有足够的刚度以承受3倍负载来配合硬质合金的挠曲。热套过盈留量为1．0mm／m。热套圈与类似的支承件可用中碳合金钢，淬火并回火到硬度HRC42～46，特别重要的是硬质合金模具的支承件要提供足够的支承，不然的话，硬质合金模具会在使用中断裂。

硬质合金相当贵，其零件的成形不是用电火花加工便是用特殊磨削加工。

有时用抗磨的工具钢镶块来代替硬质合金镶块，工具钢镶块韧性比较好，还比硬质合金镶块容易制造。在中到大批量生产时，坩锅制成的CPM10V常被选用，因为它的抗磨性接近于硬质合金。其它抗磨工具钢，常用D2或高速钢M2或M4供小批量生产用。工具钢镶块常热处理到工作硬度HRC62～64。为增加抗磨性，对用CPM10V或D2制成的模具可用氮化表面处理。对某些零件的设计，整体模比镶块模更为实际一些，如可在空气中硬化的、含铬5%的工具钢A2，常被用来作这种用途。

凸模 使用过程中凸模所受到的应力如此之大，以致对材料韧性要求比抗磨性更为重要，尽管抗磨性还是不容忽视的。对凸模可选用A2钢，有时选S7抗冲击钢(抗磨类如D2和坩锅制CPM10V往往缺乏所需的韧性，特别是用于实心凸模)。空淬深淬透钢A2可以在125mm见方的截面中心淬到硬度HRC60(整体模很少用到那么大)，而S7钢达到同等硬度的最大截面尺寸为65mm。如果需要尺寸大于125mm，则先将A2自奥氏体化温度到约540℃在油内淬火，然后在回火前转入空气中淬硬到65℃。为了增加抗磨性，可把S7渗碳或氮化。

在应用A2或S7制成的凸模表面出现严重擦伤时，应考虑用更抗磨的材料如坩锅制成CPM10V、D2、D3或M2。硬质合金太脆，不适宜于作凸模或凸模表面镶块。

模芯 在选择模芯材料中，韧性和耐磨性都是重要的指标，但通常主要是考虑抗磨性。对特殊的磨耗情况，CPM10V是令人满意的，就像经过氮化的D2、M2和A2工具钢或具有涂层的硬质合金一样。

操作因素 凹模的工作面和模芯应经抛光或研磨像镜面那样光洁，最后的抛光其方向应与轴线平行。凸模的表面或背部也应精加工，高度光滑的表面可以减少磨擦，从而可以减少模具上的一部分负载，还有助于推出压制件，消除微量的擦伤或导致模具提前损坏的其它应力的增高。

有时推荐镀硬铬以改善钢制模芯和凸模的寿命，特别是在用于磨蚀性粉末时更有必要。有些使用者认为经过氮化或镀铬的模具零件的抗磨性可比未经处理的工具钢大10倍，但也有人认为镀铬的用处不大，因经氮化或镀铬的模具零件会剥落，特别是锐边部分。遇到这种问题时，改用渗铬(使表面沉积一层铬)可能是一个有效的取代方案。