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(wú)切割的金屬成型精密鑄造方法。它已廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)。除汽車(chē)、摩托車(chē)、儀器、工業(yè)電器外，還廣泛應(yīng)用于家用電器、農(nóng)業(yè)機(jī)械、無(wú)線電、通信、機(jī)床、運(yùn)輸、造船、攝像頭、鐘表、計(jì)算機(jī)、紡織設(shè)備等行業(yè)[1]。模具材料是承載模具設(shè)計(jì)和熱處理的主體和制造的主要對(duì)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(zhǎng)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(guò)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(chēng)為裂紋，也被稱(chēng)為放射性的。這些在模具表面淺層的微裂紋通?？梢孕迯?fù)。如果熱疲勞裂紋深入基底，模具修復(fù)會(huì)導(dǎo)致模具尺寸過(guò)差，或由于壓鑄過(guò)程中的機(jī)械應(yīng)力或熱沖擊，熱疲勞裂紋會(huì)擴(kuò)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(kuò)展.脆性開(kāi)裂失效。造成機(jī)械過(guò)載、熱沖擊、加工質(zhì)量差、模具承載能力弱、模具設(shè)計(jì)不合理、應(yīng)力集中等原因，模具材料韌性不足是脆性開(kāi)裂的內(nèi)因。

③ 在腐蝕（腐蝕）壓鑄過(guò)程中，熔融金屬通過(guò)壓力注入壓鑄模腔。在某些情況下，熔融金屬與模具之間會(huì)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(jì)和表面處理。

④ 坍塌是指模具在壓鑄過(guò)程中或其分型表面的坍塌。這是由于模具材料的熱強(qiáng)度過(guò)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(dòng)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(guò)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(jī)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(lèi)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(diǎn)為400~430℃。鋅合金壓鑄模的表面溫度不超過(guò)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(dá)20~30萬(wàn)模次，模具鋼可達(dá)100萬(wàn)模次。國(guó)外鋅合金壓鑄模具水平基本為30~50萬(wàn)模次，部分模次為100萬(wàn)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(shí)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(guó)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(kāi)裂兩個(gè)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(jiàn)的失效形式，對(duì)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(zhǎng)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(guò)模具材料的彈性極限時(shí)，會(huì)反復(fù)發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致熱疲勞。同事，模具表面長(zhǎng)期被熔融金屬腐蝕氧化，會(huì)逐漸產(chǎn)生細(xì)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(qiáng)度、硬度、塑性和耐熱性。鋁合金壓鑄模具在熔融金屬注入時(shí)具有高溫、高壓和熱應(yīng)力，容易變形甚至開(kāi)裂。因此，模具鋼在工作溫度下應(yīng)具有足夠的高溫強(qiáng)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(zhǎng)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(jī)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(qiáng)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(hù)層，無(wú)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(jìn)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(qiáng)度，不易產(chǎn)生熔損與熱疲勞。無(wú)論用哪一種方法進(jìn)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(jìn)行熱處理，要用熱處理變形小的材料，這點(diǎn)對(duì)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(guó)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(wàn)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(yuǎn)高于3Cr2W8V鋼制模具。新鋼種4Cr5Mo2MnSiV1(Y10)鋼是4Cr5MoSiV在1鋼基礎(chǔ)上開(kāi)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(lái)，我國(guó)開(kāi)發(fā)了馬氏體時(shí)效鋼，抗拉強(qiáng)度達(dá)到2.5萬(wàn)Mpa。經(jīng)820~950，馬氏體時(shí)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(shí)硬度只有30HRC大約。機(jī)器可以加工，然后是500℃左右時(shí)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(qiáng)度高，韌性高，抗熱疲勞性好I生能。馬氏體時(shí)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(dá)到件，平均壽命提高10倍左右。但由于馬氏體時(shí)效鋼鎳含量高，價(jià)格昂貴，目前使用較少。

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