长期以来,国内压铸机压射冲头传统地采用球墨铸铁制作。然而,由于球铁的导热性及韧性指标相对较低,难以适应压射头高速、高温的工况条件,使用寿命极低,一般使用1000～1500模次后就已失效。另外,由于球铁材料的变形阻尼较高,操作不当时往往会出现咬缸、卡缸等现象,对压室的使用寿命产生不良影响。更换压射冲头和咬缸、卡缸是影响压铸机生产效率的主要因素之一。铍铜是铜合金中强度、硬度较高的合金材料。该材料具有高的弹性、良好的导热性和耐磨性。在传统的铍青铜合金基础上,通过调整化学成分及采用适当的热处理工艺,试制了适合工况条件的铸造铍铜压射冲头,并进行了生产应用

铍铜合金试验条件和方法

        1、试验用原材料为:Be-Cu中间合金(kBe为3.8%～4.1%)电解铜和电解镍。

        2、铍铜合金成分k(%)为:0.7～1.0Be,2～3Ni,余为Cu。

        3、采用石墨坩埚炉熔炼,其熔炼工艺为:坩埚预热至暗红色,加电解铜、电解镍、覆盖剂→升温熔化至1250℃左右→加铍铜中间合金→搅拌→出炉。

        4、Be-Cu中间合金加入前须充分烘干、预热,加入后覆盖剂应覆盖完好。用金属型浇注直径30～直径50mm的圆棒

铍铜试验内容和结果分析

       试验分析了三种不同成分铍铜的组织和硬度,结果见表1和图1可见,当铍铜中加入Ni及Ni量提高后,硬度增加,组织中化合物量增加由于铍铜合金中加入Ni元素后,Ni与Be可以形成NiBe化合物。由Cu-NiBe伪二元相图可知,NiBe化合物在Cu中的溶解度随温度的下降而减小,因而,冷却过程中,在组织中会产生NiBe化合物的析出,并且,随着Ni元素含量的增加,析出的NiBe化合物数量增加,从而提高合金强化效果,使合金硬度提高

       试验用热处理参数为:固溶化温度为860℃、900℃;时效温度为320℃、340℃、360℃。试验结果如图2,可见在选定的两种固溶化温度条件下,合适的时效温度为340℃左右,此时,可获得较高的硬度指标。另外,固溶化温度为900℃时,处理后硬度值相对高些。这是由于900℃固溶化处理的比860℃固溶化处理的组织中的析出物数量明显多,尤其是NiBe量差异更为显著所致。,NiBe化合物在Cu中的溶解度在1030℃时达到最大溶解度,约3.3%左右;而Be在Cu中的溶解度在853℃左右达到最大溶解度。所以,温度提高,有利于NiBe溶解度的增加。因此,时效过程中NiBe析出物量必然增多。从而使合金达到充分的沉淀强化,合金的硬度值可以达到较高的水平,可达到105HRB左右。

铍铜压射冲头生产应用及磨损分析

       试验时,将所研制的铍铜合金压射冲头与传统的球铁冲头及从美国进口的冲头进行了应用对比,结果如表2。可看出,普通球铁冲头的使用寿命仅为1200模/只,所试制的铍铜合金冲头的使用寿命与美国进口的冲头基本相同对磨损失效后的冲头分析发现,冲头的磨损形式是多种多样的,很难用某一种摩擦学观点进行阐述。冲头的磨损既有粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损,也存在“冲刷”磨损等形式。其中以磨粒磨损和“冲刷”磨损所引起的冲头表面出现“沟槽”现象为冲头磨损的主要表现形式。图3为压射冲头表面“沟槽”形态。表面“沟槽”的形成是由于硬质凸体或磨粒嵌入到较软的基体内所造成的。当冲头在压室内往复运动时,嵌入的硬质凸体或硬质磨粒将冲头表面剪切擦伤,从而形成“沟槽”。另一方面,随着磨损的加剧,冲头与压室间的间隙增大,压射过程中,增压阶段处于高压状态的金属液,在局部瞬间“冲刷”冲头表面,从而形成冲刷“沟槽”,严重时可以导致冲头咬合卡死。

       图4为冲头表面“沟槽”的表面形态。可以发现,在“沟槽”表面嵌入许多的硬质粒子,这些粒子是磨损中产生的磨粒被挤压到冲头表面的。经X荧光光谱分析,冲头表面含有5%的铝及约0.1%的铬,这表明在冲头表面有金属的渗入。可以理解为Al2O3和Cr2O3等硬质颗粒的存在