高温成型工具制造技术

本发明专利技术涉及一种高温成型工具(1)，其中高温成型工具(1)至少部分地由具有钼含量为≥90重量％的钼基合金组成，其中钼基合金以压制和烧结状态提供，并且在处于压制和烧结状态时具有至少250K的抗热震性，该抗热震性定义为R

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高温成型工具


[0001]本专利技术涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的高温成型工具，以及一种用于制造高温成型工具的方法、以及其用途。

技术介绍

[0002]在本申请的上下文中，高温成型工具是指用于成形高强度材料的成型工具，例如具有高温强度的高合金钢。
[0003]成形通常在高于1000℃的温度下进行，对于本申请这被称为高温。
[0004]在本申请的上下文中，高温成型工具特别包括以下：用于制造无缝管的穿孔顶头；例如用于流动模制的冲头和用例如于金属挤压的冲模。
[0005]当使用穿孔顶头时，通常在斜辊旋转穿孔操作例如曼内斯曼轧管(Mannesmann)工艺中将加热的管坯(billet)拉到穿孔顶头上。
[0006]穿孔顶头使内径变宽，同时使其平滑。在下游轧制步骤中将所得具有厚壁管的管坯拉制成最终成品管。
[0007]当金属被流动模制时，冲头移位工件中的材料；在回流模制的情况下，冲头的壳体部分还模塑正在被制造的工件的轮廓。
[0008]当通过挤出生来产型材时，将材料压制以通过赋型冲模(shape
‑
imparting die)成形。
[0009]这些高温成型工具上的总负载是类似的。对于制造高温成型工具的材料的要求特别是提高的高温强度和耐热和耐腐蚀性。
[0010]根据待成形的工件的材料，其坯料(在管生产的例子中为管坯)被带到高达1300℃的温度以用于成形。特别是在加工高合金钢时，并且尽管具有升高的预热，成形操作(在管生产的例子中为管坯的穿孔)需要相当大的力。
[0011]此外，通过摩擦和成形工作，大的机械、热和磨蚀/腐蚀载荷作用在高温成型工具上。
[0012]即使是由具有提高的高温强度的钢制成的那些高温成型工具也需要在多个成形操作之间冷却，以便不超过制成高温成型工具的材料的容许使用温度，并且以便确保高温成型工具在使用中具有足够高的强度。
[0013]因此，在该领域中普遍关注的是使用由进一步增强高温强度的材料制成的高温成型工具。
[0014]因此，除了高合金钢之外，基于钼的合金也是已经被提出用于制造高温成型工具的材料之一。
[0015]在下文中，使用穿孔顶头(piercing plug)作为示例，更详细地讨论了关于用于高温成型工具的材料的要求。然而，观察和结论也适用于其它高温成型工具。
[0016]例如，德国专利DE102007037736B4描述了由钼材料制成的穿孔顶头和顶头杆，该钼材料具有75重量％或更多、优选80重量％或更多、更优选85重量％或更多、非常优选90重
量％或更多的钼分数。进一步优选地，其中提出的钼材料具有0.5重量％或更高的钛分数、0.08重量％或更高的锆分数和0.01
‑
0.04重量％的碳分数。
[0017]这对应于被称为“TZM”的钼合金的合金规格。与纯钼相比，TZM强度更高，具有更高的重结晶温度和更高的蠕变强度。
[0018]所提出的钼合金的提高的高温强度允许穿孔顶头执行多次穿孔而不必在其间冷却。结果，可以进一步减少循环时间，或者，换句话说，可以在限定的时间内执行更多数量的穿孔。
[0019]申请人的实验表明，如DE102007037736B4中所提出的高温强度的进一步提高确实允许穿孔顶头的更高的操作温度，但是对产品质量是有害的。特别地，以这种方式生产的管的内表面可能遭受热损伤。类似的说明适用于其它高温成型工具，例如冲头或冲模。

技术实现思路

[0020]本专利技术的目的是提供一种改进的高温成型工具。该目的尤其在于，高温成型工具的制造是经济的。
[0021]该目的通过具有权利要求1的特征的高温成型工具来实现。
[0022]因此，提出高温成型工具至少部分地由钼分数为≥90重量％的钼基合金组成，钼基合金处于压制和烧结状态，并且在处于压制和烧结状态时具有至少250K的抗热震性，抗热震性定义为以下的商：
[0023][0024]其中R
eH
是室温下的屈服点，单位为MPa，α是热膨胀系数，单位为1/K[Kelvin
‑1]，E是弹性模量，单位为MPa。
[0025]屈服点R
eH
根据标准DIN EN ISO 6892
‑
1在拉伸试验中确定。弹性模量E根据DIN EN ISO 6892
‑
1附录G测定。
[0026]热膨胀系数通过膨胀计测量来确定。
[0027]如此表征的钼基合金形成高温成型工具的基材。
[0028]优选地，高温成型工具完全由这种钼基合金构成。
[0029]也可以考虑的是其中部分地存在其它材料的复合材料。此外，当然，在高温成型工具上可以有涂层。
[0030]钼基合金通过粉末冶金制备(简称“粉末冶金”钼基合金)，因此具有烧结的显微组织。烧结的显微组织与铸造显微组织显著地不同，并且对于本领域技术人员来说是显而易见的。烧结的显微组织的特征，尤其是钼基合金的烧结的显微组织的特征，包括相对于铸造显微组织更细和更均匀的晶粒结构。一般而言，铸造显微组织比烧结显微组织具有更少的孔。相对于铸造显微组织中的空隙，烧结的显微组织的孔均匀分布。
[0031]一般而言，粉末冶金材料的化学均匀性也比通过熔融冶金制造的材料更好。此外，特别是在难熔金属的情况下，粉末冶金路线更经济。其原因之一是烧结在熔融温度以下发生。
[0032]如果不可能确定屈服点R
eH
，则0.2％偏置屈服R
p0.2
应该被用作替代变量。0.2％偏置屈服(即具有0.2％塑性变形的应力)可根据DIN EN ISO 6892
‑
1通过拉伸试验测定。
[0033]如此定义的抗热震性具有单位开尔文[K]，并且可以解释为所讨论的材料能够承受而不损伤的温差。这里的损伤被评定为屈服点的超出量。
[0034]换句话说，高于该值的温差导致材料的永久塑性变形。
[0035]如果抗热震性高于260K或甚至高于275K，这是更有利的。材料甚至能够承受更大的温度梯度。
[0036]具有本专利技术特征的高温成型工具具有极其有利的技术性能。例如，本专利技术的高温成型工具可特别剧烈地冷却而不会带来损伤。已经出现的是，在实践中，如果用户希望实现多个成形操作之间的短循环时间，则高温成型工具对于强烈冷却的适用性是至关重要的因素。
[0037]根据现有技术，高温成型工具由通过轧制或锻造获得的半成品制成，其中现有技术中所得到的显微组织是成形显微组织。
[0038]与此相反，根据本专利技术的钼基合金处于压制和烧结状态。如果材料基本上没有经受塑性成型，更特别地根本没有经受塑性成型，则存在以压制和烧结为特征的显微组织状态。“基本上”不变形在这里是指没有进行确定的形状改变和/或横截面改变成形。
[0039]例如，通过表皮光轧或精整光轧、喷丸等的轻微表面成形不被认为是确定的形状改变和/或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种高温成型工具(1)，其中所述高温成型工具(1)至少部分地由具有钼分数≥90重量％的钼基合金组成，所述钼基合金处于压制和烧结状态，并且在处于所述压制和烧结状态时具有至少250K的抗热震性，所述抗热震性定义为R
eH
/(αE)的商，其中R
eH
是室温下的屈服点，单位为MPa，α是热膨胀系数，单位为1/K，E是弹性模量，单位为MPa。2.根据权利要求1所述的高温成型工具(1)，其中所述钼基合金在室温下具有至少400MPa的屈服点R
eH
。3.根据前述权利要求中任一项所述的高温成型工具(1)，其中所述钼基合金具有90％至97％的相对密度。4.根据前述权利要求中任一项所述的高温成型工具(1)，其中所述钼基合金在室温下具有至少8％的断裂伸长率。5.根据前述权利要求中任一项所述的高温成型工具(1)，其中所述钼基合金在室温下具有大于或等于10MPa
·
m
1/2
的平面应变断裂韧性K
IC
。6.根据前述权利要求中任一项所述的高温成型工具(1)，其中在弯曲试验中确定的所述钼基合金的延性脆性转变温度为≤60℃。7.根据前述权利要求中任一项所述的高温成型工具(1)，其中所述钼基合金具有≥99.0重量％的钼分数、≥3ppmw的硼分数“B”和≥3ppmw的碳分数“C”。8.根据权利要求7所述的高温成型工具(1)，其中所述钼基合金具有≥99.93重量％的钼分数、≥3ppmw的硼分数“B”和≥3ppmw的碳分数“C”，碳和硼...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔，
申请(专利权)人：普兰西股份有限公司，
类型：发明
国别省市：