壓鑄是現(xiàn)代金屬壓力加工工藝中發(fā)展迅速的一種高效、無切割的金屬成型精密鑄造方法。它已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各行各業(yè)。除汽車、摩托車、儀器、工業(yè)電器外，還廣泛應(yīng)用于家用電器、農(nóng)業(yè)機械、無線電、通信、機床、運輸、造船、攝像頭、鐘表、計算機、紡織設(shè)備等行業(yè)[1]。模具材料是承載模具設(shè)計和熱處理的主體和制造的主要對象。它在模具工業(yè)中起著重要的作用，在模具制造工藝的難度、模具熱處理工藝的適當(dāng)性、模具的長期壽命等方面發(fā)揮著主導(dǎo)作用。

1 壓鑄模具材料的性能要求

1.1壓鑄模失效的主要原因

① 勞熱疲勞是由于模具在壓鑄過程中反復(fù)受到冷熱引起的熱應(yīng)力，導(dǎo)致逐漸產(chǎn)生裂紋。它的大部分形狀是網(wǎng)狀的，也被稱為裂紋，也被稱為放射性的。這些在模具表面淺層的微裂紋通常可以修復(fù)。如果熱疲勞裂紋深入基底，模具修復(fù)會導(dǎo)致模具尺寸過差，或由于壓鑄過程中的機械應(yīng)力或熱沖擊，熱疲勞裂紋會擴展成宏觀裂紋，導(dǎo)致模具故障。

② 嚴(yán)重脆性裂紋壓鑄模脆性裂紋首先形成宏觀裂紋，迅速擴展.脆性開裂失效。造成機械過載、熱沖擊、加工質(zhì)量差、模具承載能力弱、模具設(shè)計不合理、應(yīng)力集中等原因，模具材料韌性不足是脆性開裂的內(nèi)因。

③ 在腐蝕（腐蝕）壓鑄過程中，熔融金屬通過壓力注入壓鑄模腔。在某些情況下，熔融金屬與模具之間會發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致模具材料溶解，本質(zhì)上是腐蝕與腐蝕的結(jié)合。主要影響因素有：鑄造合金的溫度和成分、模具設(shè)計和表面處理。

④ 坍塌是指模具在壓鑄過程中或其分型表面的坍塌。這是由于模具材料的熱強度過低。壓鑄溫度越高，坍塌的可能性就越大。

1.2 壓鑄模具材料的性能要求

壓鑄模具的使用壽命與壓鑄模具的材料密切相關(guān)。壓鑄模具部件主要分為與金屬液體接觸的部件、滑動配合部件和模具框架結(jié)構(gòu)部件。在金屬壓力鑄造生產(chǎn)過程中，壓鑄模型腔和澆筑通道直接接觸高溫、高壓、高速金屬液體。一方面，由于金屬液體的直接沖刷、磨損、高溫氧化和各種腐蝕：另一方面，由于生產(chǎn)效率高，模具溫度的升降非常劇烈，形成了周期性的變化。因此，壓鑄模具鋼具有較高的熱疲勞阻力、導(dǎo)熱性和良好的耐磨性、耐腐蝕性和高溫機械性能。壓鑄模具的材料選擇主要取決于鑄造金屬的溫度和鑄造金屬的類型。溫度越高，壓鑄模具的損壞和磨損就越嚴(yán)重。由于壓鑄模具的各部件在不同條件下工作，鑄造金屬的沖擊和磨損也不同，因此壓鑄模具的硬度要求應(yīng)根據(jù)零件的使用和鑄造金屬的不同而有所不同。例如，磨損嚴(yán)重的零件應(yīng)具有較高的硬度；加熱條件下工作的零件應(yīng)具有較高的熱疲勞性能和高溫性能.

2 鋅合金壓鑄模具采用鋼和鋼

鋅合金的熔點為400~430℃。鋅合金壓鑄模的表面溫度不超過400℃。由于工作溫度低，除常用模具鋼外，合金結(jié)構(gòu)鋼甚至低碳鋼也可用于制造模具。經(jīng)中溫固體碳氮共滲、淬火、低溫回火后，使用效果也很好。常用于制造鋅合金壓鑄模具的材料有：合金結(jié)構(gòu)鋼，如40Cr、30CrMnSi、40CrMo等;模具鋼5CrNi.Mo、5CrMnMo、4Cr5MoSiV、4Cr5M0SiV1、3Cr2W8V、CrWMn等等。鋅合金壓鑄模具的使用壽命：合金結(jié)構(gòu)鋼可達20~30萬模次，模具鋼可達100萬模次。國外鋅合金壓鑄模具水平基本為30~50萬模次，部分模次為100萬模次。

3 鋁合金壓鑄模具用鋼及選用

3.1 鋁合金壓鑄模具的服務(wù)條件

鋁合金壓鑄模具的服務(wù)條件較為苛刻，鋁合金熔液的溫度通常在650～700℃左右.以40～180m/s壓模腔的速度約為20~120Mpa，保壓時間5～20s，每次壓力間隔約為20~70s。模具腔表面受到高溫高速鋁液的反復(fù)沖擊。產(chǎn)生更大的壓力。目前，我國壓鑄模的故障形式主要是由熱疲勞裂紋引起的。隨著模具壽命的提高。液體鋁合金的溶解和粘附作用將成為模具故障的主要形式。因此，鋁合金壓鑄模具的壽命取決于粘合模具和型腔表面是否開裂兩個因素。

3.2 鋁合金壓鑄模具鋼的性能要求

根據(jù)鋁合金壓鑄模具的服務(wù)條件和常見的失效形式，對鋁合金壓鑄模用鋼的主要性能要求有：

① 高回火阻力和冷熱疲勞阻力。大量連續(xù)生產(chǎn)的鋁合金壓鑄模具應(yīng)在一定溫度下長期保持高硬度，不粘合模具，不產(chǎn)生氧化皮膚。因此，模具應(yīng)具有良好的抗氧化性和回火穩(wěn)定性。鋁合金壓鑄模具表面反復(fù)高溫加熱冷卻，不斷膨脹收縮，產(chǎn)生交替熱應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力超過模具材料的彈性極限時，會反復(fù)發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致熱疲勞。同事，模具表面長期被熔融金屬腐蝕氧化，會逐漸產(chǎn)生細裂紋。在大多數(shù)情況下，熱疲勞是決定壓鑄模具壽命的最重要因素。

② 強度、硬度、塑性和耐熱性。鋁合金壓鑄模具在熔融金屬注入時具有高溫、高壓和熱應(yīng)力，容易變形甚至開裂。因此，模具鋼在工作溫度下應(yīng)具有足夠的高溫強度和韌性，以及高硬度和耐熱性。

③ 導(dǎo)熱性好。鋁合金壓鑄模具長期處于600~700~C為保證高溫下的其他性能。必須具有良好的導(dǎo)熱性。

④ 耐熔融金屬的損傷。隨著壓鑄機的大型化，壓鑄壓力也在增加，從低壓20~30MPa，高壓150~500MPa。高溫高壓鑄造可產(chǎn)生明顯的熔融損傷，模具應(yīng)具有較大的阻力。因此，模具材料必須具有較大的高溫強度。熔融金屬的親和力較小，表明粗糙度較小，并附有適當(dāng)?shù)难趸＞?、氮化層等保護層，無脫碳層。

⑤ 透性好，熱處理變形小。一般壓鑄模具的制造方法是將退火模具材料雕刻成腔.然后熱處理，得到所需要的硬度，或?qū)⒛＞卟牧舷冗M行熱處理，得到需要的硬度，再雕刻型腔。先雕刻型腔后熱處理的制造方法，有高的硬度和強度，不易產(chǎn)生熔損與熱疲勞。無論用哪一種方法進行熱處理，得到均一的硬度是必要的，所以要求淬透性好，特別是先雕刻型腔后進行熱處理，要用熱處理變形小的材料，這點對于尺寸大的模具尤為重要。

3.3 鋁合金壓鑄模具鋼

目前，我國常用的鋁合金壓鑄模鋼有4種Cr5MoSiV 1(H13)、4Cr5MoSiV (H11)、3Cr2W8V 及新鋼種4Cr5Mo2MnSiV1(Y10)以及3Cr3Mo3VNd(HM3)等3Cr2W8V萬方數(shù)據(jù)鋼具有最佳的回火抗性和熱穩(wěn)定性，耐熱性足夠高，但由于鎢含量高，導(dǎo)熱性降低，鋼的熱膨脹系數(shù)也較大。因此，冷熱疲勞抗力較差，模具腔表面容易出現(xiàn)冷熱疲勞裂紋。Cr5MoSiV1(H13)和4Cr5MoSiV(H11)鋼的回火抗力和熱穩(wěn)定性略低于3Cr2W8V但冷熱疲勞抗力比3Cr2W8V鋼高得多。用H13鋼鋁合金壓鑄模具的使用壽命遠高于3Cr2W8V鋼制模具。新鋼種4Cr5Mo2MnSiV1(Y10)鋼是4Cr5MoSiV在1鋼基礎(chǔ)上開發(fā)的新型鋁合金壓鑄模鋼，4Cr5Mo2MnSiV1 (YIO) 鋼除耐熱性比3外Cr2W8V除鋼稍差外，其他力學(xué)性能，如沖擊韌性、斷裂韌性、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)等物理性能、熱處理變形、熱疲勞抗力、耐溶性等工藝性能3Cr2W8V鋼[2]。鋁合金壓鑄模具的使用壽命可提高1~10倍。近年來，我國開發(fā)了馬氏體時效鋼，抗拉強度達到2.5萬Mpa。經(jīng)820~950，馬氏體時效鋼是一種含鎳、鉬、鈷、鈦的超低碳高合金鋼℃固溶，得到高韌性的馬氏體組織，此時硬度只有30HRC大約。機器可以加工，然后是500℃左右時效。沉淀彌散的Ni-Ti、Ni-Mo金屬間化合物可以將硬度提高到50HRC以上，強度高，韌性高，抗熱疲勞性好I生能。馬氏體時效鋼模具使用壽命極高。如壓鑄小箱蓋，H13鋼模具的使用壽命為5000~25000件.模具壽命可達到件，平均壽命提高10倍左右。但由于馬氏體時效鋼鎳含量高，價格昂貴，目前使用較少。

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