要提高压铸模具寿命，需选用高延展性和高韧性材料，并进行正确的热处理工艺操作。苏州瑞友钢铁提供H13、3Cr2W8V、FADC、1.2344等热作模具材料…

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金属压铸是机械化程度和生产效率很高的生产方法,是先进的少无切削工艺,具有生产效率高、节省原材料、降低生产成本、产品性能好、精度高等特点,广泛应用于汽车、仪器仪表、电机制造等行业 ,目前主要用于锌合金、铝、镁合金、铜及铜合金工件的生产。压铸时,模具工作表面直接与液态金属接触,承受高压、高速流动的液态金属的冲蚀和加热,在工件脱模以后,又受到急速冷却。因此热疲劳开裂、热磨损和热熔蚀 ,是压铸模常见的失效形式。要提高压 铸模具的使用寿命,需要选用高性能 的压铸模具 材 料 ,并进行正确的热处理工艺操作 。

1.压铸模具材料性能分析

压铸模具在工作中,既有力的作用,又有温度的作用,从而使工作条件复杂化,对模具材料的特性要求也更加严格。为了满足压铸模具的使用要求,压铸模具应具备下列基本特性:

(1)较高的耐热性和良好的高温力学性能。压铸模对高温的液体材料进行加工时,模具的温度升得很高,可达30~10oC。由于经常受到高温作用, 因此压铸模具材料要有较高的耐热性。此外 ,压铸模 具在高温工作 时 ,承受很大的冲击力 ,而且冲击频 率 很高 ,要求必须具有 良好的高温力学性能 ,尤其是高 强度 和良好的韧性。

(2)优 良的耐热疲劳性。压铸模工作时还要反 复 受热受冷 ,模具一 时受 热膨胀 ,一 时又冷却收缩 ,形 成很大 的热应力 ,而且 这种热应力是方 向相反 、交替 产生 的 ,表面容易形成网状裂纹。因此 ,压铸模具材料必须要有 良好 的耐热疲劳性 。

(3)高的导热性。为了使模具不至于积热过多,导致力学性能下降,要尽可能降低模面温度,减小模 具 内部的温差 ,这就要求压铸模具材料要有高的导热性 。

(4)良好的抗氧化性和耐蚀性。压铸模具在高温 工作 时 ,受到氧化性气氛和被加工材料 的腐蚀 ,会加 剧型腔表面磨损 ,所 以压铸模具材料应具有 良好的 抗氧化性和耐蚀性。

(5)高 的淬透性 。压铸模具一般尺寸 比较大 ,为 了使整个模具截面 的力学性能均匀 ,这就要求压铸模具有高的淬透性。

(6)良好的成型加工工艺性能。压铸模具在制造过程中要经历冷、热加工 ,因此要求其具有良好的可加工性,以便提高产品质量 ,降低模具的制造费用, 满足加工成形的需要。

2.典型的压铸模具材料

(1)3Cr2W8V钢。是典型高热强性热作模具钢。合金元素以w为主,w质量分数高达8%以上。3Cr2W8V钢至今已应用70余年,要求高承载力、高热强性和高耐回火性的压铸模具 ,常选用此钢种。3Cr2W8V钢中含有较多易形成碳化物的Cr、w元素,因此高温下具有较高的强度和硬度,但韧性和塑性较差。该钢的淬透性较好,钢材截面在80mm以下时可以淬透 。这种钢的相变温度较高 ,抵抗冷热交替的耐热疲劳性良好。但这些高温性能与淬火温度有关 ,随着淬火温度的提高而提高 ,而高温淬火会给模具零件热处理带来一连串的问题 ,导热性差、易开裂、塑性、韧度、热疲劳性能等均有所下降 。3Cr2W8V 钢属于共析或过共析钢 ,抗回火能力较高 ,可以用来制作高温下高应力 ,但不受冲击负荷的压铸模具 。

(2)3Cr3Mo3W2V钢 。该钢是参照国外有关钢种结合我国资源条件研制的新型热作模具钢。此钢在化学成分上通过以Mo代w,使钢的含w量与3Cr2W8V钢相比大大降低 ,同时Cr和V的含量比3Cr2W8V钢有适当的提高。其特点是具有优良的强韧性 ,在保持高强度和高的热稳定性的同时 ,还表现 出良好 的耐热疲劳性。试验结果和使用实践表明,这 种钢的回火稳定性、抗磨损性能均优于 3Cr2W8V钢 ,热疲劳抗力比3Cr2W8V钢高得多。3Cr3Mo3W2V 钢制造的压铸模具使用寿命较高 ,是目前国内研制的工艺性能好 ,使用面广,具有较广应用前景 的新钢种之一 。

(3)4Cr5Mo2MnVSi钢 。 是 针 对 铝 合 金 压 铸 模 特 点而研制的新 型热作模具钢 ,Mo含量较高 ,有很好 的淬透性。钢中Mo和V分别以M6C和MC型碳化 物存在 ,对细化晶粒 、提高热强性和耐 回火性有较大作用。钢中加入Si、Mn的目的,是提高基体强度。由4Cr5Mo2MnVSi钢制作的模具,可以在低于600°C 的工作温度下长期工作。4Cr5Mo2MnVSi钢在力学性能上 ,尤其在冷热疲劳及裂纹扩展速率方面明显优于3Cr2W8V 钢 ,是比较理想的铝合金压铸模材料。该 钢 用于压铸模使用寿命明显提高。

(4)4Cr3Mo2MnVNbB钢。是针对铜合金压铸模,结合我国矿产资源情况而设计出来的新型热压铸模具钢。与4Cr5Mo2MnVSi钢相比,4Cr3Mo2MnVNbB钢中的cr、si含量下降,因此碳化物不均匀性下降,同时以B来提高因Cr、si含量减少而降低的淬透性和高温强度。加入微量Nb后形成的碳化物难溶于奥氏体,同时Nb的加人还可以提高M6C和MC型碳化物的稳定性 ,因此能细化晶粒 ,降低过热敏感 性 ,提高热强性和热稳定性 。4Cr3Mo2MnVNbB钢在力学性能上 ,尤其是冷热疲劳及裂纹扩展速率方面 ,明显优于3Cr2W8V钢,是比较理想的铜合金压铸模材料,模具使用寿命有较大的提高。

3.压铸模具材料的选用

(1)锌合金压铸模具材料 。锌基合金 的熔点很低 (400~430oC),其压铸模工作表面的温度一般不超过 400oC。由于温度较低,可以采用一般的合金结构钢制造模具 ,也可 以采用预硬型塑料模具钢制造 ,如40Cr、3Cr2Mo等作为锌合金压铸模用钢。

如果压铸的锌合金工件生产批量很大 ,形状比较 复杂 ,或尺寸精度要求较高时 ,可选用一些热作模具用钢,如5CrMnMo、5CrNiMo、4Cr5MoSiV等钢。

(2)铝镁合金压铸模材料。铝合金的熔点为600~750°C ,镁合金的熔点为600~700°C ,在进行这类合金压铸时,压铸模具的工作表面温度一般可上升到500-600C。型腔、芯棒和喷嘴的表面,都承受着剧烈 的温度波动 ,模具表面易产生热疲劳裂纹 。 另外模具粘模也是影响模具寿命的关键。因此铝、镁合金压铸模具,要求模具材料在600oC左右具有较高的抗回火稳定性和抗冷热疲劳的性能,具有良好的抗高温高压高速的液态铝、镁合金的冲蚀能力和较高的强度与韧性。目前,模具制造中常用的铝、镁合金压铸模具用钢有:3Cr2WgV钢4Cr5Mo$iV1钢 、4Cr5MoSiV钢,以及新钢种4Cr5Mo2MnSiVl钢和3Cr3Mo3VNb钢等。

(3)铜合金压铸模具材料。液态铜合金 的温度通 常为 90~110oC,以 0.3~4.5m/s的速度压入模腔,压力为20—120MPa,保压时间4~6s,每次压射的间隙为 15~35s。铜合金熔点高,导热性好,因此模腔升温快,温度高达750~ 850 c,脱模后模具表面又很快降温,反复循环,使模腔表面产生严重的热应力。所以铜合金压铸模的工作条件,要比铝合金压铸模更为苛刻。铜合金压铸模的材料 ,必须具备高的热 强性和韧性 、高的抗 冷热疲劳性能 、高的导热性 、高 的抗氧化性及抗金属 的冲蚀性 、良好 的加工工艺性 能 ,同时还需进行正确 的热处理 ,以挖掘模具材料的潜力 ,提高模具使用寿命 。

铜合金压铸模一般多采用高温性能较好 的钨钼系热作模具钢制造,如3Cr2W8V钢、3Cr3Mo3W2V钢、4Cr3Mo3SiV钢等。有时为了进一步提高模具的使用寿命 ,还采用热强性更好的加钻钨钼系热作模具钢,如3Cr3Mo3Co3V钢、4Cr4W4Co4V2Mo钢等钢种。近年来我国研制成功的新型热模钢——4Cr3Mo2MnVNhB钢,应用于制造铜合金压铸模具取得较好的使用效果。