刘楷周
广东省潮州市质量计量监督检测所广东潮州521000
摘要：本文从坏料温度、模具温度、挤压比、挤压速度、挤压力、润滑剂等方面进行理论分析，设定无铅镁锑黄铜的热挤压工艺参数，再进行热挤压试验，对挤压棒的表面质量和力学性能进行检验，以验证工艺参数的可行性。
关键词：无铅黄铜；挤压工艺；镁锑黄铜
铅黄铜具有良好的热加工性能，市场上多以挤压棒材形式供货，其已经具有较成熟的挤压工艺。无铅镁锑黄铜作为一种新材料，化学成分与铅黄铜不同，挤压性能与铅黄铜可能存在一些不同，故有必要对镁锑黄铜的热挤压工艺进行研究。本章首先通过理论分析设定镁锑黄铜热挤压试验的工艺参数，再通过热挤压试验，对挤压棒力学性能的分析以确定合适的热挤压工艺。
1实验材料及设备
无铅镁锑黄铜锭坏的规格：直径，50mm；长度，70mm。化学成分见表1：
热挤压实验的主要设备：200T挤压机，模具加热炉和挤压模具一套。
2挤压工艺参数的分析
2.1挤压坯料温度
黄铜在挤压温度下应具备低的变形抗力和良好的塑性。合理的挤压温度范围，应根据其塑性图、再结晶图和相图为依据，并考虑实际生产情况确定。
本实验中，无铅镁锑黄铜的虚拟锌当量为38%~40.4%，其属于双相（α+β）黄铜。该合金在低温时其组织由有序β’相和α相构成。β’相硬而脆，塑性差，变形困难。在约454℃以上，β’相转变为无序的β相，其比α相具有更良好的塑性。也就是说，当热挤压时，β相含量越多，材料的塑性就越好，就越容易挤出成型。因此，此合金进行挤压试验时宜在β单相区的温度区间内进行，但如果加热温度过高，会使β相晶粒过分粗大，挤压时材料热裂倾向大，而且还影响挤压后材料的组织和性能。适宜的温度，应控制在相变温度点附近，使合金组织中仍保留少量的α相，以限制β相晶粒长大。根据以上分析，无铅镁锑黄铜较理想的热挤压温度应控制在750℃附近。
黄铜在（200~700）℃温度之间的某一温度范围内出现脆性区，在此温度下挤压，则易出现制品的开裂。因此镁锑黄铜的挤压应避免在其脆性区的温度范围内进行。
本试验为了探索镁锑黄铜的热挤压区间，把热挤压温度设定在（680~780）℃之间。
2.2挤压模具温度
除了坯料在挤压前要加热以外，挤压模（包括挤压轴、挤压筒、挤压嘴、挤压垫等）在挤压前均要进行预热。预热的目的：1、使挤压坯料放入模具时降温不致过大，以免使塑性降低，变形力增加；同时避免坯料表面和中心的温差过大，增加变形不均匀性，以致造成挤压件或模具损坏。2、如果模具不进行预热，热挤压时模具与坯料的接触温差过大，模具表面温度迅速上升，使模具表面层和中心层的温差过大，产生很大的内应力，从而使模具开裂破坏。模具预热可避免这种情况的发生，有效地避免模具开裂。
本试验对挤压筒、挤压轴和挤压嘴集中保温，统一设定温度为450℃。
2.3挤压比
挤压比也称延伸系数，是表示铸锭挤压时变形量大小的参数。合理选用挤压比对制品的性能、表面品质、生产效率等至关重要。最大挤压比受挤压机的挤压力、挤压工具的强度、被挤压金属的性能等因素所限制。最小挤压比一般应大于10，以防止制品中残留铸造组织，保证制品具有良好的组织性能。
本实验在第一次挤压试验时把挤压比设定为24。
2.4挤压速度
挤压速度对挤出棒材的组织与性能的影响，主要是通过改变金属热平衡来实现。热挤压过程中，由于模具的冷却作用，坯料径向上的温度分布与硬度分布不均匀，造成流动的不均匀，时间越长，这种不均匀性越大。同时，如果锭坯在挤压筒中停流时间太长，锭坯温度下降太多，变形困难，易造成无法顺利挤出棒材。
挤压速度是指挤压杆向前移动的速度。它与金属从模孔流出的速度有下列关系：
（3-1）
把已知参数数值代入公式（3-2）~（3-8）求得挤压力F=180.86kN。本实验中的挤压温度大于650℃，由于温度越高挤压力越小，且所用挤压机的最大挤压力为200T，故此挤压机可满足实验要求。
2.6润滑剂的选择
挤压是在高温、高压的恶劣环境下进行的。使用润滑剂可以减少挤压金属与工具接触表面的磨擦阻力、使金属流动均匀、减小挤压力、减少工具的磨损、防止制品的划伤；也有减缓工具冷却的作用。
选择的润滑剂应该是对接触表面尽可能有最大的活性；有足够的粘度，以保证在接触表面上有足够固定的润滑层；对挤压工具及变形金属要有一定的化学稳定性；有良好的冷却性能，对挤压高温合金要求有良好的隔热和抗氧化性；润滑剂灰分要少、价格要合理，货源充足，制造方便等；对人体无害，对环境无污染。
本试验选用由30%磷片状石墨加45号机油制成的润滑剂。
2.7热挤压实验结果
在热挤压实验中，当坯料温度为680℃时，挤压机只挤压出约10cm长的棒材就卡住，无法顺序进行挤压。原因是由于坯料温度过低，挤压时坯料温度下降，变形抗力变大，超出挤压机最大挤压力。当坯料温度为780℃、750℃和720℃时，挤压机顺序挤出φ10的黄铜棒材。
2.7.1棒材表面质量检验
图1为本实验的挤出的黄铜棒材。经检验，产品变形均匀，表面光滑、无夹杂、毛剌、气泡、裂纹等缺陷。分别在780℃、750℃和720℃挤压出的各棒材表面质量没有明显差别，都为合格产品。
3.结论
通过热挤压实验，可以得出以下结论：
1.无铅镁锑黄铜具有优良的热挤压性能，在700~780℃温度范围内可以挤出φ10的棒材（挤压比为24）。
2.在热压温度为750℃时进行挤压后，无铅镁锑黄铜棒的力学性能最佳。