深入研究压铸模具的失效形式以及提高压铸模具使用寿命的途径

    压铸模具的服役条件比较恶劣，尤其是黑色金属的浇注温度远超过有色金属，其使用寿命不高，因此应采取必要的措施来满足压铸模具的高寿命的需求，无锡瀚超的生产实践表明，压铸模具的失效形式有侵蚀、热疲劳、磨损、变形与开裂等几种，其中以侵蚀和热疲劳最为普遍，通常压铸模具的失效形式与平均寿命见下表所示：

被压铸合金材料	失效形式	平均寿命（压缩次数）/次
		型腔	型芯
锌合金	侵蚀、机械磨损	0.5~500万	0.5~500万
铝合金	热疲劳、开裂、侵蚀、变形	10~25万	5~15万
铜合金	热疲劳、变形、侵蚀、开裂	1~10万	0.3~2万
摘自	无锡市瀚超特殊钢有限公司《合金模具钢质量手册》

    可见锌合金压铸模具的寿命取决于侵蚀与磨损的速度；铝合金压铸模具和铜合金压铸模具的寿命主要取决于热疲劳速度，有时也会发生开裂（劈裂），提高压铸模具使用寿命采用的方法如下。
⒈压铸模具的设计应合理，否则压铸模壁厚度不足，在巨大压力下造成型腔变化，引起应力的尖角或圆弧半径很小，容易在尺寸过渡区开裂。
⒉压铸模具的制造包括机械加工、热处理和装配，其中磨削不当造成表面裂纹、存在磨削应力以及表面软化等；热处理过程中的表面脱碳，以及因主体加工不当、使用垫片不当造成受力不均会导致模具的过早开裂。
⒊压铸模具在使用过程中，应进行300℃左右的预热，以减小模具的内外温差，降低内应力和提高韧性，在服役过程中进行去应力退火，以消除内部热应力。
⒋提高钢液的洁净度，采用真空冶炼或电渣重熔等手段，减少或避免内部夹杂物，防止裂纹的产生。
⒌采用化学热处理，对于H21(3Cr2W8V)钢等热作模具钢采用表面强化处理，如渗氮、渗铝、铬-铝-硅三元共渗等，提高压铸模具的使用寿命。
⒍合理选择压铸模具钢与采用正确的热处理工艺。压铸模具的硬度取决于压铸模具钢、浇注温度，不断采用新的压铸模具钢钢种，以提高压铸模具的整体强度和韧性等。HD(4Cr3Mo2NiVNb)钢是为了适应700℃左右工作温度而研制的新型热作模具钢，通过降低Mo、V的含量，加入质量分数为1%Ni和0.15%Nb，提高了钢的室温和高温韧性及热稳定性，在700℃仍可以保持40HRC的硬度，断裂韧性、高温时抗拉强度、冷热疲劳抗力和热磨损性能均比3Cr2W8V钢好，使用寿命比3Cr2W8V钢有显著提高；HM3(3Cr3Mo3VNb)钢是参照国外H10(4Cr3Mo3SiV)钢和3Cr3Mo系热作模具钢，结合我国资源情况研制而成的新型高强韧性热作模具钢，具有高的耐回火性、热强性，有明显的回火二次硬化效果，应用于铝合金压铸模具上，有良好的效果；Y4(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压铸模具钢，具有高的热强性和良好的热稳定性，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具钢，模具使用寿命有较大的提高；Y10(4Cr5Mo2MnVSi)钢是针对铝合金压铸模特点而研制的新型热作模具钢，化学成分与H13钢相似，但含钼量稍高，有很好的淬透性和耐回火性能，是比较理想的铝合金压铸模具钢；D.Casking是国内自主研制的高端热作模具钢，称为“压铸王”模具钢，具有高热强性、高淬透性和高韧性以及优良的抗热疲劳、抗龟裂和抗回火软化性能。其它应用于压铸模具比较好的钢种包括H11(4Cr5MoSiV)、高级H13(4Cr5MoSiV1A)、H21(3Cr2W8V)、ER8(4Cr3Mo2MnVB)等以及高性价比进口模具钢Dievar、Orvar Supreme、DHA-WORLD、DH31-S、DH31-EX、DAC45、DAC55等。
⒎采用以难熔金属为基的合金，如钼合金作压铸模具，比其他材料具有更高的寿命，其在1000℃左右仍具有高的热强度和高的持久强度，导热性好且热膨胀系数小，服役过程中不会出现热裂等缺陷。
⒏采用铜基合金作为压铸模具，即铬锆钒铜合金和钴铍铜合金等，由于其导热性好，故其表面接触温度可下降到600℃左右，其力学性能高于3Cr2W8V钢，另外铜合金压铸模块可在900℃淬火后冷挤成形，时效后可获得高的型腔光洁度，提高了压铸模具的使用寿命。

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资料来源：无锡市瀚超特殊钢有限公司合金模具钢营业部
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