利用高压粘性介质给坯料外力而实现挤压的方法,称为静液挤压法。
静液挤压所使用的高压介质,一般有粘性液体和粘塑性体。前者如蓖麻油、矿物油等,主要用于冷静液挤压和500~600℃以下的温、热静液挤压;后者如耐热脂、玻璃、玻璃-石墨混合物等,主要用于较高熔点金属的热静液挤压(坯料加热温度在700℃以上的挤压)。
与普通挤压法一样,根据需要,静液挤压可在不同的温度下进行。一般将金属和高压介质均处于室温时的挤压过程,称为冷静液挤压;在室温以上变形金属的再结晶温度以下的挤压过程,称为温静液挤压;而在再结晶温度以上的挤压过程,称为热静液挤压。
静液挤压时的金属流动均匀,特别适合于各种包复材料的挤压成形,如钛包铜电极、多芯低温超导线材的成形。
静液挤压时坯料处于高压介质中,有利于提高坯料的变形能力,因而静液挤压适于难加工材料的成形、精密型材成形。
静液挤压的材料主要有铝合金、铜合金、钢铁等金属材料,以及各种复合材料、粉体材料等。
用于静液挤压的坯料准备比普通挤压时的要求高。为了在挤压初期顺利地在挤压筒内建立起工作压力,一般需要将坯料的头部车削成与所用挤压模模腔相一致的形状。为了提高挤压制品的质量,防止污染高压介质,需要对坯料进行车皮处理。坯料表面的车削状态对挤压制品的表面质量影响较大。当挤压比较小时,要求表面粗糙度在几个微米的范围内;当挤压比较大时,要求表面粗糙度在十几个微米以下。对于用于管材挤压的坯料,还要进行镗孔。
1)异型材挤压
由于静液挤压时可以获得良好的润滑条件和均匀涂层流动状态,因而特别适合于内表面或外表面带有细小复杂筋条,且形状与尺寸精度和表面质量要求高的各种异型管材与棒材的成形。静液挤压可以在较低温度下实现大变形程度的高速挤压,所以对于一些高强度铝合金,由于高温脆性的缘故,在普通挤压机上,只能采取很低的速度进行挤压;而静液挤压可以将挤压温度降低至200~300℃,这样既可以避免高温脆性
又可以大幅度提高挤压速度。采用静液挤压法,铜及铜合金小尺寸管材可用高达数百的挤压比实现一次挤压成形,大大简化了生产工艺。同时,由于挤压温度较低,可获得细小再结晶组织的制品。
2)难加工材料挤压
钛合金型材,特别是薄壁型材,采用普通挤压方法成形十分困难。采用静液挤压法挤压钛合金时,挤压温度可大大降低,且挤压制品具有尺寸精度高,表面质量好,性能均匀等特点,同时,还可以提高挤压制品的力学性能。
3)高温合金挤压
利用静液挤压强烈的三向压应力作用,可以改善金属的变形能力,进行镍基合金、金属间化合物等高温合金零部件的直接成形。
4)难熔金属材料挤压
大多数难熔金属因其变形抗力大、塑性差,采用常规挤压法挤压难熔金属难度大。在900~1500℃高温下,难熔金属不能在空气介质中成形,因为金属易与气体发生作用,使性能显著劣化。采用静液挤压法,以玻璃-石墨混合物为高压介质,使部分难熔金属挤压成为可能。
5)粉体材料挤压
热静液挤压同时具有热等静压和挤压成形两种功能,尤其适合于粉体材料的直接挤压成形。例如,在钢质包套中以70%的相对密度填充高速钢粉末,然后进行热静液挤压,可以获得与铸造坯料经锻造后材料力
学性能的制品。采用热等静压工艺处理,然后在400~500℃温度下进行静液挤压,可以获得致密无缺陷的SiC纤维强化铝基复合材料。
6)包复材料挤压
利用金属流动均匀和具有高静水压力作用等特点,静液挤压非常适合于各种包复材料(或称层状复合材料)的成形。
例如,冷静液挤压的铜包铝复合材料,在高温下金属间化合物的包复材料的成形。由于高温和高压作用,容易获得具有完全冶金接合的界面接合质量。