2.2 冷挤压用材料

冷挤压用材料应具有良好的塑性、较低的变形抗力和加工硬化敏感性。冷挤压材料的选择是挤压生产中重要问题之一。它不仅关系到产品的质量和性能，也直接影响着模具的使用寿命，在某种程度上决定着冷挤压加工的难易程度。

随着现代工业的发展，大吨位专用挤压机及新型模具材料的出现，供冷挤压的材料范围越来越宽，材料品种也逐渐扩大。许多低塑性和高强度材料，也可在一定的变形程度内进行冷挤压加工。目前，国内外用于冷挤压的金属材料见表2-3。

表2-3 用于冷挤压的金属材料

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此外，对于钛与某些钛合金、钽、锆以及精密合金、坡莫合金都可以进行冷挤压加工。

常用于冷挤压的材料主要是有色金属及其合金，碳的质量分数在0.2%以下的低碳钢和低合金钢。

2.2.1 有色金属

冷挤压加工是从有色金属开始的，这是由于有色金属冷挤压不像钢材冷挤压那样复杂，单位挤压力也较小。但随着含合金元素的增加，冷挤压性能变差，因此，应根据合金元素的不同含量来确定材料的冷挤压工艺性。

1.纯铝

工业用纯铝1070A、1060、1050A、1035、1200、8A06等，w（Al）高达99%以上，属面心立方晶格的纯金属，共有4×3个=12个滑移系，是一种很理想的冷挤压材料。它不仅变形抗力小，塑性好，且变形时几乎不产生加工硬化，因此模具的使用寿命较长，是一种冷挤压性能良好的材料。常用于冷挤压的工业纯铝的主要化学成分及力学性能见表2-4。

2.变形铝合金

冷挤压用变形铝合金主要有防锈铝、硬铝、锻铝等。

表2-4 常用于冷挤压的工业纯铝的主要化学成分及力学性能

（1）防锈铝5A02、5A05、3A21是属于Al-Mn和Al-Mg系防锈铝合金，也是一种较为理想的冷挤压材料，其强度低，塑性高，冷挤压性能良好。但是具有较高的硬化倾向，不能进行热处理，主要靠冷作硬化来提高强度。常用于冷挤压的防锈铝合金有5A02和3A21，其化学成分及力学性能见表2-5。

表2-5 5A02和3A21的化学成分及力学性能

（2）硬铝2A01～2A11、2A12等是属于Al-Cu-Mg系硬铝合金，其中2A11为标准硬铝，2A12为高强度硬铝。目前应用较多的就是这两种硬铝。与纯铝、低碳钢比较，硬铝塑性较差，挤压强化效果不甚显著，且极易产生裂纹。因此，必须加强软化和润滑处理，制订不产生拉应力的最合理的变形条件和工艺方案。硬铝2A12既含有Cu，又含有Mg，形成数量较多的Al₂CuMg（s相）及CuAl₂（θ相）脆性化合物。因此，2A12比3A21难以冷挤压加工。2A11和2A12的化学成分及力学性能见表2-6。

表2-6 2A11和2A12的化学成分及力学性能

（3）锻铝2A14是属于Al-Cu-Mg-Si系锻铝合金，是一种高强度铝合金，与硬铝比较，硅含量较高，质量分数为0.6%～1.2%。硅可使2A14合金在热处理状态下的强度增加，淬火和人工时效后强度可达470MPa，比2A11高50MPa以上。但是塑性却不及2A11，尤其是冷态下的塑性较差，容易形成裂纹。因此，在加工锻铝合金时，要特别注意软化效果及工艺变形条件。2A14的化学成分及力学性能见表2-7。

表2-7 2A14的化学成分及力学性能

3.纯铜和无氧铜

纯铜和无氧铜属于具有面心立方晶格的纯金属，和纯铝一样是一种冷挤压加工性能极好的材料。其软化状态的强度只有210MPa左右。

4.铜合金

由于工业纯铜的强度不高，限制了它作为结构材料使用。为了使铜具有一定的强度、韧性、耐磨性、导电、导热和耐蚀性等性能，在铜中加入了各种合金元素，如锌、锡、锰、铝、硅等。以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜；以锡为主要合金元素的铜合金称为青铜。

（1）黄铜 黄铜分为普通黄铜和特殊黄铜两类。

普通黄铜是铜锌二元合金。Zn加入Cu中，对Cu的力学性能有很大影响，如图2-4所示。由图可知，当黄铜中锌含量w（Zn）少于39%时，Zn溶解于Cu中形成面心立方晶格的置换固溶体α，α固溶体很软，塑性很高。当黄铜中加入的锌量w（Zn）超过39%时，便出现了硬脆的具有体心立方晶格的β相，它是以化合物CuZn为基具有体心立方晶格的固溶体，使伸长率A急剧下降，但抗拉强度R_m仍然增高。当锌含量w（Zn）大约为45%时，R_m达到极大值。若再增加锌含量，黄铜中便出现更加硬脆的γ相，它是以化合物Cu5Zn8为基的具有复杂立方晶格的固溶体，此时，黄铜的R_m急剧下降，因此，锌含量w（Zn）超过45%的铜锌合金是没有实用价值的。从上述分析可知，锌含量w（Zn）不超过39%的黄铜H62、H68、H70等均适宜于进行冷挤压加工。用于冷挤压的铜及其合金的化学成分及力学性能见表2-8。

（2）青铜 青铜的种类较多，一般按铜中含合金元素的种类来命名。例如，含Al的青铜叫铝青铜，含Sn的青铜叫锡青铜。在目前的技术条件下，冷挤压青铜是比较困难的。不过，冷挤压加工已获得成功的是锡磷青铜QSn6.5-0.15。这是由于这种锡磷青铜中的磷可以去氧，消除了极端硬而脆的化合物SnO₂的有害作用，使这种锡磷青铜的力学性能和工艺性能都较好，因此适宜于进行冷挤压加工。

图2-4 锌对黄铜力学性能的影响

表2-8 冷挤压用铜及其合金的化学成分及力学性能

5.其他有色金属

纯镍可以进行冷挤压，但容易与模具粘附。因此，冷挤压前最好在镍的表面镀铜，镀层厚度约为0.02mm，并用氯化石蜡作为润滑剂。多道工序冷挤压时，应在带保护气体的电炉中进行中间退火。每次退火后，必须重新镀铜。

镍铜合金NiCu70-30也可以进行冷挤压加工。

纯钛可以进行冷挤压，但所需的单位挤压力较高。冷挤压前，毛坯要进行氟-磷酸盐表面处理，再用石墨、二硫化钼或合成树脂润滑。

锌合金如锌镉合金的挤压广泛用于干电池制造业。但不宜进行室温中的冷挤压，而应将锌镉合金加热至100°C左右，保温30～60min后再进行挤压较为合适。挤压时多用羊毛脂或硬脂酸锌作润滑剂。

镁及其合金不适宜于在室温中进行挤压，必须将毛坯加热至230～370°C时，才可以进行挤压加工。

2.2.2 钢

目前冷挤压生产中，所用的钢种大致可分为如下三类：

（1）具有可成形性的钢 对这种钢的要求主要是它的可成形，不要求有良好的挤压强化效果。这类钢主要指碳含量w（C）在0.1%以下的普通碳素钢。

（2）要求通过成形工艺来提高零件力学性能的钢 几乎碳含量w（C）在0.2%以上低碳、中碳的优质结构钢和合金结构钢都可通过加工硬化来达到这一目的。

（3）要求通过热处理来提高零件力学性能的钢 当产品零件要求的强度比冷挤压所能获得的强度更高时，或对整个横截面上的强度都要求很严格时，必须进行热处理。如自行车变速轴及摩托车发动机中的一些带有棘齿类的套筒零件，多采用20Cr和40Cr等低合金结构钢，挤压后一般仍达不到性能要求，尚需进一步进行热处理。对于这种材料，要求在热处理时具有较高的淬透性，但是要能够适当软化，以减小挤压力。

几乎凡是可以热锻的钢都可以进行冷挤压，但是由于受到模具和设备的限制，能够用于冷挤压的钢种，一般只能采用碳含量w（C）在0.5%以下的中碳钢和低碳钢，以及碳含量w（C）在0.5%以下的低合金钢。实际生产中，广泛采用的是碳含量w（C）在0.2%以下的低碳钢和低合金钢。表2-9列出了目前可进行冷挤压加工的一些钢材的牌号、化学成分及力学性能。

表2-9 冷挤压用钢材的化学成分及力学性能