要提高壓鑄模具壽命，需選用高延展性和高韌性材料，并進行正確的熱處理工藝操作。蘇州瑞友鋼鐵提供H13、3Cr2W8V、FADC、1.2344等熱作模具材料…

要提高壓鑄模具壽命，需選用高延展性和高韌性材料，并進行正確的熱處理工藝操作。瑞友鋼鐵提供H13、3Cr2W8V、FADC、1.2344等熱作模具材料…

金屬壓鑄是機械化程度和生產效率很高的生產方法,是先進的少無切削工藝,具有生產效率高、節省原材料、降低生產成本、產品性能好、精度高等特點,廣泛應用于汽車、儀器儀表、電機制造等行業 ,目前主要用于鋅合金、鋁、鎂合金、銅及銅合金工件的生產。壓鑄時,模具工作表面直接與液態金屬接觸,承受高壓、高速流動的液態金屬的沖蝕和加熱,在工件脫模以后,又受到急速冷卻。因此熱疲勞開裂、熱磨損和熱熔蝕 ,是壓鑄模常見的失效形式。要提高壓 鑄模具的使用壽命,需要選用高性能 的壓鑄模具 材 料 ,并進行正確的熱處理工藝操作 。

1.壓鑄模具材料性能分析

壓鑄模具在工作中,既有力的作用,又有溫度的作用,從而使工作條件復雜化,對模具材料的特性要求也更加嚴格。為了滿足壓鑄模具的使用要求,壓鑄模具應具備下列基本特性:

(1)較高的耐熱性和良好的高溫力學性能。壓鑄模對高溫的液體材料進行加工時,模具的溫度升得很高,可達30~10oC。由于經常受到高溫作用, 因此壓鑄模具材料要有較高的耐熱性。此外 ,壓鑄模 具在高溫工作 時 ,承受很大的沖擊力 ,而且沖擊頻 率 很高 ,要求必須具有 良好的高溫力學性能 ,尤其是高 強度 和良好的韌性。

(2)優 良的耐熱疲勞性。壓鑄模工作時還要反 復 受熱受冷 ,模具一 時受 熱膨脹 ,一 時又冷卻收縮 ,形 成很大 的熱應力 ,而且 這種熱應力是方 向相反 、交替 產生 的 ,表面容易形成網狀裂紋。因此 ,壓鑄模具材料必須要有 良好 的耐熱疲勞性 。

(3)高的導熱性。為了使模具不至于積熱過多,導致力學性能下降,要盡可能降低模面溫度,減小模 具 內部的溫差 ,這就要求壓鑄模具材料要有高的導熱性 。

(4)良好的抗氧化性和耐蝕性。壓鑄模具在高溫 工作 時 ,受到氧化性氣氛和被加工材料 的腐蝕 ,會加 劇型腔表面磨損 ,所 以壓鑄模具材料應具有 良好的 抗氧化性和耐蝕性。

(5)高 的淬透性 。壓鑄模具一般尺寸 比較大 ,為 了使整個模具截面 的力學性能均勻 ,這就要求壓鑄模具有高的淬透性。

(6)良好的成型加工工藝性能。壓鑄模具在制造過程中要經歷冷、熱加工 ,因此要求其具有良好的可加工性,以便提高產品質量 ,降低模具的制造費用, 滿足加工成形的需要。

2.典型的壓鑄模具材料

(1)3Cr2W8V鋼。是典型高熱強性熱作模具鋼。合金元素以w為主,w質量分數高達8%以上。3Cr2W8V鋼至今已應用70余年,要求高承載力、高熱強性和高耐回火性的壓鑄模具 ,常選用此鋼種。3Cr2W8V鋼中含有較多易形成碳化物的Cr、w元素,因此高溫下具有較高的強度和硬度,但韌性和塑性較差。該鋼的淬透性較好,鋼材截面在80mm以下時可以淬透 。這種鋼的相變溫度較高 ,抵抗冷熱交替的耐熱疲勞性良好。但這些高溫性能與淬火溫度有關 ,隨著淬火溫度的提高而提高 ,而高溫淬火會給模具零件熱處理帶來一連串的問題 ,導熱性差、易開裂、塑性、韌度、熱疲勞性能等均有所下降 。3Cr2W8V 鋼屬于共析或過共析鋼 ,抗回火能力較高 ,可以用來制作高溫下高應力 ,但不受沖擊負荷的壓鑄模具 。

(2)3Cr3Mo3W2V鋼 。該鋼是參照國外有關鋼種結合我國資源條件研制的新型熱作模具鋼。此鋼在化學成分上通過以Mo代w,使鋼的含w量與3Cr2W8V鋼相比大大降低 ,同時Cr和V的含量比3Cr2W8V鋼有適當的提高。其特點是具有優良的強韌性 ,在保持高強度和高的熱穩定性的同時 ,還表現 出良好 的耐熱疲勞性。試驗結果和使用實踐表明,這 種鋼的回火穩定性、抗磨損性能均優于 3Cr2W8V鋼 ,熱疲勞抗力比3Cr2W8V鋼高得多。3Cr3Mo3W2V 鋼制造的壓鑄模具使用壽命較高 ,是目前國內研制的工藝性能好 ,使用面廣,具有較廣應用前景 的新鋼種之一 。

(3)4Cr5Mo2MnVSi鋼 。 是 針 對 鋁 合 金 壓 鑄 模 特 點而研制的新 型熱作模具鋼 ,Mo含量較高 ,有很好 的淬透性。鋼中Mo和V分別以M6C和MC型碳化 物存在 ,對細化晶粒 、提高熱強性和耐 回火性有較大作用。鋼中加入Si、Mn的目的,是提高基體強度。由4Cr5Mo2MnVSi鋼制作的模具,可以在低于600°C 的工作溫度下長期工作。4Cr5Mo2MnVSi鋼在力學性能上 ,尤其在冷熱疲勞及裂紋擴展速率方面明顯優于3Cr2W8V 鋼 ,是比較理想的鋁合金壓鑄模材料。該 鋼 用于壓鑄模使用壽命明顯提高。

(4)4Cr3Mo2MnVNbB鋼。是針對銅合金壓鑄模,結合我國礦產資源情況而設計出來的新型熱壓鑄模具鋼。與4Cr5Mo2MnVSi鋼相比,4Cr3Mo2MnVNbB鋼中的cr、si含量下降,因此碳化物不均勻性下降,同時以B來提高因Cr、si含量減少而降低的淬透性和高溫強度。加入微量Nb后形成的碳化物難溶于奧氏體,同時Nb的加人還可以提高M6C和MC型碳化物的穩定性 ,因此能細化晶粒 ,降低過熱敏感 性 ,提高熱強性和熱穩定性 。4Cr3Mo2MnVNbB鋼在力學性能上 ,尤其是冷熱疲勞及裂紋擴展速率方面 ,明顯優于3Cr2W8V鋼,是比較理想的銅合金壓鑄模材料,模具使用壽命有較大的提高。

3.壓鑄模具材料的選用

(1)鋅合金壓鑄模具材料 。鋅基合金 的熔點很低 (400~430oC),其壓鑄模工作表面的溫度一般不超過 400oC。由于溫度較低,可以采用一般的合金結構鋼制造模具 ,也可 以采用預硬型塑料模具鋼制造 ,如40Cr、3Cr2Mo等作為鋅合金壓鑄模用鋼。

如果壓鑄的鋅合金工件生產批量很大 ,形狀比較 復雜 ,或尺寸精度要求較高時 ,可選用一些熱作模具用鋼,如5CrMnMo、5CrNiMo、4Cr5MoSiV等鋼。

(2)鋁鎂合金壓鑄模材料。鋁合金的熔點為600~750°C ,鎂合金的熔點為600~700°C ,在進行這類合金壓鑄時,壓鑄模具的工作表面溫度一般可上升到500-600C。型腔、芯棒和噴嘴的表面,都承受著劇烈 的溫度波動 ,模具表面易產生熱疲勞裂紋 。 另外模具粘模也是影響模具壽命的關鍵。因此鋁、鎂合金壓鑄模具,要求模具材料在600oC左右具有較高的抗回火穩定性和抗冷熱疲勞的性能,具有良好的抗高溫高壓高速的液態鋁、鎂合金的沖蝕能力和較高的強度與韌性。目前,模具制造中常用的鋁、鎂合金壓鑄模具用鋼有:3Cr2WgV鋼4Cr5Mo$iV1鋼 、4Cr5MoSiV鋼,以及新鋼種4Cr5Mo2MnSiVl鋼和3Cr3Mo3VNb鋼等。

(3)銅合金壓鑄模具材料。液態銅合金 的溫度通 常為 90~110oC,以 0.3~4.5m/s的速度壓入模腔,壓力為20—120MPa,保壓時間4~6s,每次壓射的間隙為 15~35s。銅合金熔點高,導熱性好,因此模腔升溫快,溫度高達750~ 850 c,脫模后模具表面又很快降溫,反復循環,使模腔表面產生嚴重的熱應力。所以銅合金壓鑄模的工作條件,要比鋁合金壓鑄模更為苛刻。銅合金壓鑄模的材料 ,必須具備高的熱 強性和韌性 、高的抗 冷熱疲勞性能 、高的導熱性 、高 的抗氧化性及抗金屬 的沖蝕性 、良好 的加工工藝性 能 ,同時還需進行正確 的熱處理 ,以挖掘模具材料的潛力 ,提高模具使用壽命 。

銅合金壓鑄模一般多采用高溫性能較好 的鎢鉬系熱作模具鋼制造,如3Cr2W8V鋼、3Cr3Mo3W2V鋼、4Cr3Mo3SiV鋼等。有時為了進一步提高模具的使用壽命 ,還采用熱強性更好的加鉆鎢鉬系熱作模具鋼,如3Cr3Mo3Co3V鋼、4Cr4W4Co4V2Mo鋼等鋼種。近年來我國研制成功的新型熱模鋼——4Cr3Mo2MnVNhB鋼,應用于制造銅合金壓鑄模具取得較好的使用效果。