壓鑄是近代金屬壓力加工工藝中發(fā)展較快的一種高效率袭吗、少無切削的金屬成形精密鑄造方法三二，它已廣泛應(yīng)用在國民經(jīng)濟的各行各業(yè)中镐催，除用于汽車和摩托車隶俄、儀表、工業(yè)電器外椅豆，還廣泛應(yīng)用于家用電器剿蹦、農(nóng)機、無線電沽叠、通信叹盼、機床、運輸菊榨、造船运杭、照相機夫啊、鐘表、計算機县习、紡織器械等行業(yè)[1]涮母。模具材料作為承載模具設(shè)計、熱處理的主體和制造方面的主要對象躁愿。它在模具工業(yè)起著重要的作用叛本，對模具制造工藝的難易程度、模具熱處理工藝的是否得當(dāng)彤钟、模具壽命能否長久起到主導(dǎo)性作用来候。

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 勞熱疲勞是由于壓鑄過程中模具反復(fù)經(jīng)受激冷、激熱所造成的熱應(yīng)力逸雹，導(dǎo)致逐漸產(chǎn)生裂紋营搅。其形貌多數(shù)呈網(wǎng)狀，又稱龜裂梆砸，也有呈放射狀转质。這些在模具表面淺層中的微裂紋，一般可以修復(fù)版药。如果熱疲勞裂紋深入基體內(nèi)部埠限，修模會導(dǎo)致模具尺寸超差，或者由于壓鑄過程中的機械應(yīng)力或熱沖擊茅铺，熱疲勞裂紋則擴展成宏觀裂紋旦珊，致使模具失效。

② 嚴(yán)重脆性開裂壓鑄模脆性開裂是先形成宏觀大裂紋毕模，很快擴展.導(dǎo)致脆性開裂而失效昵诅。引起的原因很多，諸如壓鑄操作不當(dāng)引起的機械過載腌哎、熱沖擊貌梦，加工質(zhì)量不佳，削弱了模具承載能力晰淋，模具設(shè)計不合理產(chǎn)生應(yīng)力集中等等尸饵，而模具材料的韌性不足則是脆性開裂的內(nèi)因。

③ 侵蝕(腐蝕)壓鑄過程中架独，通過壓力將熔融金屬注入壓鑄模具型腔挠囚。在某些情況下饿呢，會產(chǎn)生熔融金屬與模具之間的反應(yīng)脖旱，導(dǎo)致模具材料被溶解，實質(zhì)是侵蝕和腐蝕的結(jié)合介蛉。其主要影響因素為：鑄造合金的溫度與成分萌庆、模具設(shè)計與表面處理等溶褪。

④ 塌陷塌陷指壓鑄過程中模具的下陷或其分型面處的壓塌。這是由于模具材料的熱強度太低造成的践险。壓鑄溫度越高猿妈，發(fā)生塌陷的可能性越大。

1.2 壓鑄模具材料的性能要求

壓鑄模的使用壽命與壓鑄模的材質(zhì)密切相關(guān)巍虫。壓鑄模零部件主要分為與金屬液接觸的零部件彭则、滑動配合零部件和模架結(jié)構(gòu)零件。壓鑄模型腔與澆道等部件在金屬的壓力鑄造生產(chǎn)過程中占遥，直接與高溫俯抖、高壓、高速的金屬液相接觸瓦胎。一方面受到金屬液的直接沖刷芬萍、磨損、高溫氧化和各種腐蝕：另一方面由于生產(chǎn)的高效率敛意，模具溫度的升高和降低非常劇烈她忱，并形成周期性的變化。因此胶勾，壓鑄模用鋼要求有較高的熱疲勞抗力园秫，導(dǎo)熱性及良好的耐磨性、耐蝕性和高溫力學(xué)性能俄脂。壓鑄模具的選材枫技，主要依據(jù)澆鑄金屬的溫度以及澆鑄金屬的種類而定。溫度越高相吭，壓鑄模具的破壞及磨損越嚴(yán)重秧朝。由于壓鑄模的各部件在不同條件下工作，受到澆鑄金屬的沖擊和磨損也不同郊拄，因此對壓鑄模硬度要求應(yīng)根據(jù)零件的用途以及澆鑄金屬的不同而有所區(qū)別噩振。例如，對磨損較嚴(yán)重的部件楚陶，應(yīng)具有更高的硬度;對在受熱條件下工作的零件钻寿，應(yīng)具有較高的熱疲勞性能和高溫性能.

2 鋅合金壓鑄模具用鋼及選用

鋅合金的熔點為400～430℃。鋅合金壓鑄模的表層溫度不會超過400℃左刽。由于工作溫度較低捺信，所以除常用模具鋼外，也可以采用合金結(jié)構(gòu)鋼制造模具欠痴，甚至可采用低碳鋼迄靠，經(jīng)中溫固體碳氮共滲、淬火喇辽、低溫回火掌挚，使用效果也很好雨席。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吠式、30CrMnSi陡厘、40CrMo等;模具鋼5CrNi.Mo、5CrMnMo特占、4Cr5MoSiV糙置、4Cr5M0SiV1、3Cr2W8V是目、CrWMn等罢低。鋅合金壓鑄模具壽命：合金結(jié)構(gòu)鋼可達到20～30萬模次，模具鋼可達到100萬模次荚谢。國外鋅合金壓鑄模具水平基本也是30～50萬模次和月，也有的達到100萬模次。

3 鋁合金壓鑄模具用鋼及選用

3.1 鋁合金壓鑄模的服役條件

鋁合金壓鑄模的服役條件較為苛刻凯挟，鋁合金熔液的溫度通常在650～700℃左右.以40～180m/s的速度壓人模腔逸铆，此壓力大約為20～120Mpa，保壓時間5～20s辱滤，每次壓射間隔時間大約為20～70s苦钱。模具型腔表面受到高溫高速鋁液的反復(fù)沖擊。產(chǎn)生較大壓力沽贸。目前避晾，我國壓鑄模的失效形式大多是熱疲勞裂紋所致。隨著模具壽命的提高抑昨。模具受到液態(tài)鋁合金的溶損粘蝕作用將成為模具失效的主要形式啥匀。因此，鋁合金壓鑄模的壽命取決于兩個因素赚铅，即是否發(fā)生粘模和型腔表面是否出現(xiàn)龜裂催首。

3.2 鋁合金壓鑄模具鋼的性能要求

根據(jù)鋁合金壓鑄模的服役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 高的回火抗力和冷熱疲勞抗力泄鹏。大量連續(xù)生產(chǎn)的鋁合金壓鑄模具郎任，長時間處于一定溫度作用下，應(yīng)持續(xù)保持其高硬度备籽，而且應(yīng)不粘模及不產(chǎn)生氧化皮舶治。因此，模具應(yīng)具有良好的抗氧化性與回火穩(wěn)定性车猬。鋁合金壓鑄模具表面反復(fù)受到高溫加熱與冷卻霉猛，不斷膨脹、收縮，產(chǎn)生交變熱應(yīng)力韩脏。此應(yīng)力超過模具材料的彈性極限時，就發(fā)生反復(fù)的塑性變形铸磅，引起熱疲勞赡矢。同事，模具表面長時間受到熔融金屬的腐蝕與氧化阅仔，也會逐漸產(chǎn)生微細(xì)裂紋洁拓，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秕射。

② 強度挑蚕、硬度、塑性及耐熱性能瞎角。鋁合金壓鑄模具受到熔融金屬注入時的高溫撵晨、高壓和熱應(yīng)力作用，容易發(fā)生變形覆靖，甚至開裂攒筛。因此，模具鋼在工作溫度下應(yīng)具有足夠的高溫強度與韌度午禽，以及較高的硬度和耐熱性能鸳辈。

③ 良好的導(dǎo)熱性。鋁合金壓鑄模具長時間處于600～700~C高溫作用下绿锋，為保證其他性能崩旱。必須具有良好的導(dǎo)熱性。

④ 的抗熔融金屬的損傷性澄港。隨著壓鑄機的大型化椒涯，壓鑄壓力也在增大，已從低壓的20～30MPa回梧，提高到高壓150～500MPa逐工。高溫高壓澆鑄可產(chǎn)生明顯的熔融損傷，模具應(yīng)對此具有較大的抵抗力漂辐。為此泪喊，模具材料必須具有較大的高溫強度。較小的對熔融金屬親和力髓涯，模具表明粗糙度要小袒啼，并附有適當(dāng)?shù)难趸！⒌瘜拥缺Ｗo層纬纪，而不存在脫碳層蚓再。

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狀態(tài)的模具材料雕刻型腔.然后熱處理摘仅，得到所需要的硬度靶庙，或?qū)⒛＞卟牧舷冗M行熱處理，得到需要的硬度谍益，再雕刻型腔汁眶。先雕刻型腔后熱處理的制造方法，有高的硬度和強度逐点，不易產(chǎn)生熔損與熱疲勞亮翁。無論用哪一種方法進行熱處理，得到均一的硬度是必要的辞垦，所以要求淬透性好并臊，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怎棋，這點對于尺寸大的模具尤為重要帆疚。

3.3 鋁合金壓鑄模具鋼

目前，我國常用鋁合金壓鑄模鋼有4Cr5MoSiV 1(H13)象人、4Cr5MoSiV (H11)曹均、3Cr2W8V 及新鋼種4Cr5Mo2MnSiV1(Y10)以及3Cr3Mo3VNd(HM3)等3Cr2W8V萬方數(shù)據(jù)鋼的回火抗力和熱穩(wěn)定性性能最好，具有足夠高的耐熱性物虑，但因含鎢量較高纤悉，導(dǎo)熱性下降，鋼的熱膨脹系數(shù)也較大鲤遥。因而沐寺，冷熱疲勞抗力較差，容易在模具型腔表面出現(xiàn)冷熱疲勞裂紋盖奈。4Cr5MoSiV1(H13)和4Cr5MoSiV(H11)鋼的回火抗力及熱穩(wěn)定性稍差于3Cr2W8V鋼混坞，但是冷熱疲勞抗力比3Cr2W8V鋼高得多。用H13鋼制造的鋁合金壓鑄模具钢坦，壽命遠(yuǎn)高于3Cr2W8V鋼制造的模具究孕。新鋼種4Cr5Mo2MnSiV1(Y10)鋼是4Cr5MoSiV1鋼基礎(chǔ)上研制的新型鋁合金壓鑄模用鋼，4Cr5Mo2MnSiV1 (YIO) 鋼除耐熱性能比3Cr2W8V鋼稍差外爹凹，其它力學(xué)性能厨诸，如沖擊韌性、斷裂韌性;物理性能禾酱，如熱導(dǎo)率微酬、熱膨脹系數(shù);工藝性能，如熱處理變形性颤陶，以及熱疲勞抗力颗管、抗溶損性能均優(yōu)于3Cr2W8V鋼[2]。應(yīng)用與鋁合金壓鑄模具，其使用壽命可提高1～10倍蛮究。近年來狱鼎，我國已研制出馬氏體時效鋼，其抗拉強度已達到2500Mpa家厂。馬氏體時效鋼是一種含鎳篷浅、鉬、鈷腰燕、鈦的超低碳高合金鋼，經(jīng)820～950℃固溶食土，得到高韌性的馬氏體組織衔帚，此時硬度只有30HRC左右∫叫埽可以進行機加工浴魏，然后在500℃左右時效。析出彌散的Ni-Ti蚯唱、Ni-Mo金屬間化合物文宜，可使硬度提高到50HRC以上，從而具有高強度哗蜈、高韌性及良好的抗熱疲勞I生能前标。馬氏體時效鋼模具使用壽命極高。如壓鑄小型箱蓋距潘，H13鋼模具壽命為5000～25000件炼列，改用馬氏體時效鋼后.模具壽命可達到150000件，平均壽命提高10倍左右音比。但因馬氏體時效鋼含鎳量較高俭尖，價格很貴，目前使用較少洞翩。

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