?淺談壓鑄模具材料對模具壽命的影響研究？壓鑄是近代金屬壓力加工工藝中發展較快的一種高效率、少無切削的金屬成形精密鑄造方法，它已廣泛應用在國民經濟的各行各業中，除用于汽車和摩托車、儀表、工業電器外，還廣泛應用于家用電器、農機、無線電、通信、機床、運輸、造船、照相機、鐘表、計算機、紡織器械等行業。
模具材料作為承載模具設計、熱處理的主體和制造方面的主要對象。它在模具工業起著重要的作用，對模具制造工藝的難易程度、模具熱處理工藝的是否得當、模具壽命能否長久起到主導性作用。

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 勞熱疲勞是由于壓鑄過程中模具反復經受激冷、激熱所造成的熱應力，導致逐漸產生裂紋。其形貌多數呈網狀，又稱龜裂，也有呈放射狀。這些在模具表面淺層中的微裂紋，一般可以修復。如果熱疲勞裂紋深入基體內部，修模會導致模具尺寸超差，或者由于壓鑄過程中的機械應力或熱沖擊，熱疲勞裂紋則擴展成宏觀裂紋，致使模具失效。

② 嚴重脆性開裂壓鑄模脆性開裂是先形成宏觀大裂紋，很快擴展.導致脆性開裂而失效。引起的原因很多，諸如壓鑄操作不當引起的機械過載、熱沖擊，加工質量不佳，削弱了模具承載能力，模具設計不合理產生應力集中等等，而模具材料的韌性不足則是脆性開裂的內因。

③ 侵蝕(腐蝕)壓鑄過程中，通過壓力將熔融金屬注入壓鑄模具型腔。在某些情況下，會產生熔融金屬與模具之間的反應，導致模具材料被溶解，實質是侵蝕和腐蝕的結合。其主要影響因素為：鑄造合金的溫度與成分、模具設計與表面處理等。

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。壓鑄溫度越高，發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密切相關。壓鑄模零部件主要分為與金屬液接觸的零部件、滑動配合零部件和模架結構零件。

壓鑄模型腔與澆道等部件在金屬的壓力鑄造生產過程中，直接與高溫、高壓、高速的金屬液相接觸。一方面受到金屬液的直接沖刷、磨損、高溫氧化和各種腐蝕：另一方面由于生產的高效率，模具溫度的升高和降低非常劇烈，并形成周期性的變化。

因此，壓鑄模用鋼要求有較高的熱疲勞抗力，導熱性及良好的耐磨性、耐蝕性和高溫力學性能。壓鑄模具的選材，主要依據澆鑄金屬的溫度以及澆鑄金屬的種類而定。溫度越高，壓鑄模具的破壞及磨損越嚴重。

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，因此對壓鑄模硬度要求應根據零件的用途以及澆鑄金屬的不同而有所區別。例如，對磨損較嚴重的部件，應具有更高的硬度;對在受熱條件下工作的零件，應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℃。由于工作溫度較低，所以除常用模具鋼外，也可以采用合金結構鋼制造模具，甚至可采用低碳鋼，經中溫固體碳氮共滲、淬火、低溫回火，使用效果也很好。

常用于制造鋅合金壓鑄模具的材料有：合金結構鋼，如40Cr、30CrMnSi、40CrMo等;模具鋼5CrNi.Mo、5CrMnMo、4Cr5MoSiV、4Cr5M0SiV1、3Cr2W8V、CrWMn等。鋅合金壓鑄模具壽命：合金結構鋼可達到20～30萬模次，模具鋼可達到100萬模次。國外鋅合金壓鑄模具水平基本也是30～50萬模次，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，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，此壓力大約為20～120Mpa，保壓時間5～20s，每次壓射間隔時間大約為20～70s。模具型腔表面受到高溫高速鋁液的反復沖擊。產生較大壓力。

目前，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。模具受到液態鋁合金的溶損粘蝕作用將成為模具失效的主要形式。因此，鋁合金壓鑄模的壽命取決于兩個因素，即是否發生粘模和型腔表面是否出現龜裂。

3.2 鋁合金壓鑄模具鋼的性能要求

根據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。大量連續生產的鋁合金壓鑄模具，長時間處于一定溫度作用下，應持續保持其高硬度，而且應不粘模及不產生氧化皮。因此，模具應具有良好的抗氧化性與回火穩定性。

鋁合金壓鑄模具表面反復受到高溫加熱與冷卻，不斷膨脹、收縮，產生交變熱應力。此應力超過模具材料的彈性極限時，就發生反復的塑性變形，引起熱疲勞。同事，模具表面長時間受到熔融金屬的腐蝕與氧化，也會逐漸產生微細裂紋，大多數情況下，熱疲勞是決定壓鑄模具壽命的最重要因素。

② 強度、硬度、塑性及耐熱性能。鋁合金壓鑄模具受到熔融金屬注入時的高溫、高壓和熱應力作用，容易發生變形，甚至開裂。因此，模具鋼在工作溫度下應具有足夠的高溫強度與韌度，以及較高的硬度和耐熱性能。

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

④ 的抗熔融金屬的損傷性。隨著壓鑄機的大型化，壓鑄壓力也在增大，已從低壓的20～30MPa，提高到高壓150～500MPa。高溫高壓澆鑄可產生明顯的熔融損傷，模具應對此具有較大的抵抗力。為此，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，模具表明粗糙度要小，并附有適當的氧化模、氮化層等保護層，而不存在脫碳層。

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狀態的模具材料雕刻型腔.然后熱處理，得到所需要的硬度，或將模具材料先進行熱處理，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，我國常用鋁合金壓鑄模鋼有4Cr5MoSiV 1(H13)、4Cr5MoSiV (H11)、3Cr2W8V 及新鋼種4Cr5Mo2MnSiV1(Y10)以及3Cr3Mo3VNd(HM3)等3Cr2W8V萬方數據鋼的回火抗力和熱穩定性性能最好，具有足夠高的耐熱性，但因含鎢量較高，導熱性下降，鋼的熱膨脹系數也較大。

因而，冷熱疲勞抗力較差，容易在模具型腔表面出現冷熱疲勞裂紋。4Cr5MoSiV1(H13)和4Cr5MoSiV(H11)鋼的回火抗力及熱穩定性稍差于3Cr2W8V鋼，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，壽命遠高于3Cr2W8V鋼制造的模具。

新鋼種4Cr5Mo2MnSiV1(Y10)鋼是4Cr5MoSiV1鋼基礎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，其它力學性能，如沖擊韌性、斷裂韌性;物理性能，如熱導率、熱膨脹系數;工藝性能，如熱處理變形性，以及熱疲勞抗力、抗溶損性能均優于3Cr2W8V鋼。

應用與鋁合金壓鑄模具，其使用壽命可提高1～10倍。近年來，我國已研制出馬氏體時效鋼，其抗拉強度已達到2500Mpa。馬氏體時效鋼是一種含鎳、鉬、鈷、鈦的超低碳高合金鋼，經820～950℃固溶，得到高韌性的馬氏體組織，此時硬度只有30HRC左右。

可以進行機加工，然后在500℃左右時效。析出彌散的Ni-Ti、Ni-Mo金屬間化合物，可使硬度提高到50HRC以上，從而具有高強度、高韌性及良好的抗熱疲勞I生能。馬氏體時效鋼模具使用壽命極高。如壓鑄小型箱蓋，H13鋼模具壽命為5000～25000件，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。但因馬氏體時效鋼含鎳量較高，價格很貴，目前使用較少。