壓鑄模具鋼的選用及提高壽命方法

　從資料可知,在全部模具中,其模具用量的次序是塑料模具、冷沖壓模、鑄造模具、鍛造模具等等。但是，由于選材不對、工藝不正確或操作不當，造成低的高溫強度與韌度、差的高溫耐磨性、低的耐熔融損傷性等，嚴重影響了模具使用壽命。所以，除了選擇正確工藝及合理操作以外，壓鑄模材料的選用也是重要問題之一，這對提高模具的產品質量、延長使用壽命具有十分重要的意義。

　　1 工作條件與性能要求

　　壓鑄模是完成壓力鑄造生產的基本工具,是在高壓150MPa～500MPa下將高溫1000℃熔融金屬壓鑄成形，加工對象有鉛、鋅、鋁、鎂、銅及其它合金等。由于這些金屬及合金的熔點不同，對模具性能要求也不完全相同。

　　1.1 壓鑄模具的工作條件

　　(1)與其他模具相比，壓鑄模具的工作條件十分惡劣，因不同被壓鑄的金屬，要承受150MPa～500MPa很高壓力的作用。

　　(2)工作時，經常與300℃～1000℃的熔融金屬接觸，不同壓鑄合金的澆注溫度見表1。且不斷地反復加熱和冷卻，沿截面溫度梯度很大。

　　(3)模具工作型腔收到150m/s～70m/s高速注入地熔融金屬接觸時，會產生嚴重地磨損。

　　(4)型腔在液態金屬沖刷和浸蝕作用下，易使金屬粘著在模具型腔表面上(尤其是鋁合金更為突出)，甚至滲入模面或與模面金屬發生化學變化而腐蝕模面。

　　1.2 壓鑄模其他性能要求

　　壓力鑄造可以鑄出形狀復雜、精度高、表面粗糙度小并且具有良好地力學性能的零件。所以，壓鑄模具應具有如下的性能要求：

　　(1)較大的高溫強度與韌度

　　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，模具材料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。Toolox材料具備高強度，高韌性（極高達100J以上韌性），高硬度的優勢。Toolox44更是世界上最硬的預硬工具鋼（HRC45 48）。瑞典皇家工學院宣稱Toolox是高硬度與高韌性完美的結合。

　　(2)優良的高溫耐磨性、抗氧化性與抗回火穩定性

　　高溫熔融金屬高速注入模具和澆鑄后脫模時，均產生較大的摩擦作用，為保證模具長期使用，模具在工作溫度下應均有較高的耐磨性。大量連續生產的壓鑄模具，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，模具還應具有良好的抗氧化性與回火穩定性。

　　(3)良好的熱疲勞性能

　　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。同時，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。

　　(4)高的耐熔融損傷性

　　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)淬透性好、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。

　　(6)較好的被削性與磨削性

　　壓鑄模型腔都經切削加工制成，所以模具材料應具有較好的被削性。必須指出，耐磨性好的材料，其被削性一般較差。許多模具鋼就是如此，雖在退火狀態，其基體部分還是較硬。再加堅硬的碳化物，一般切削困難。

　　為獲得較光滑的壓鑄件，要求模具型腔表面的粗糙度值小，所以對模具材料也應具有較好拋光性能。Toolox的鏡面拋光性能非常好，高達14000#。

　　(7)材料內部組織均勻無缺陷

　　模具材料的組織應均勻、無缺陷、方向性少、否則不僅影響模具的裂紋、強度、熱疲勞性能，而且還影響熱處理變形。

　　2 壓鑄模材料的選用原則

　　經上述分析及介紹可知，壓鑄模材料的選用原則是：

　　第一能滿足被壓鑄材料工作條件的要求。

　　第二根據被壓鑄零件的大小來決定模具尺寸，并考慮到生產批量。

　　第三大、中型精密壓鑄模具，應選用加工工藝性能好、使用性能可靠和壽命長的鋼種。

　　3 提高模具壽命方法