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探討提高壓鑄模具壽命的具體措施（之二）
蘇州優尼昂金屬精密制造有限公司 ?劉遵建
壓鑄專業高級工程師
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本文曾發表在《特種鑄造及有色合金》雜志的2011年第4期
3.????? 選用壓鑄模具材料應注意的事項
模具材料要具有良好的切削加工性，易于精加工；有高的熱處理淬透性，使淬火后內部和表面的組織和性能均勻，且尺寸變形小；持久的耐高溫塑性和耐熱疲勞強度，使模具不會過早的出現龜裂；高的高溫強度、硬度和高溫耐磨損性能，熱膨脹系數小，保證模具使用過程中尺寸的穩定性；高的抗液態壓鑄合金化學侵蝕和機械沖蝕的能力，防止模具粘模和熔損缺肉；具有高的高溫耐氧化性，常溫耐腐蝕性，不容易發生銹蝕的現象［1］。為提高熱沖擊韌度，目前常用的H13鋼的化學成分純凈度要求：優級鋼含硫量要小于0.005%；超級H13鋼要求含硫小于0.003%，和含磷小于0.015%。鋼的晶界無共晶碳化物夾雜，大塊狀的共晶碳化物和雜質強度極小，不能抵抗熱疲勞，降低了鋼材的延展性，是龜裂發生的起源點［2］。要使用電渣重熔爐的精煉鋼,它不僅純凈度高，還具有組織致密，優良的熱疲勞抗力，抗熱裂性好,優良的韌性及延展性,優良的拋光性,較好的異向等同性能。鋼材的均一性要求材料的組織要均勻,鋼胚具備任意方向機械性能同性,不要有縱、橫、深方向的性能差異。
正確選用模具材料，采用高強度合金材料可以提高模具使用壽命。建議高壽命要求的模具選用瑞典8407、德國2344、美國H13（4Gr5MoV1Si）、日本SKD61材料。日本日立的DAC55、ZHD435在高硬度時有很好的韌性及抗高溫強度，模具壽命也很好。
4.????? 壓鑄模具的熱處理應注意的事項
??? 熱處理是利用加熱與冷卻，改變壓鑄模具材料的金相組織，使模具材料得到所必需的強度、硬度、韌性、高溫下尺寸穩定性、抗熱疲勞性、切削加工性等性能的操作。壓鑄模具熱處理時注意：對相同材質、相同的熱處理后的硬度要求，若采用不同的熱處理工藝方法會令品質性能完全不一樣。H13模具鋼的熱處理工藝和熱處理后的金相組織應參照北美壓鑄學會(NADCA 207-2003)的規定。建議由模具鋼材銷售的公司負責模具的熱處理,避免因為材料和熱處理的廠家不同而引起質量糾紛。
??? H13鋼采用高壓液氮氣冷高真空爐淬火質量好,可以有效防止模具表面的脫碳、氧化、變形和開裂［2、3］。把淬火溫度升高到1020℃～1050℃，根據模塊材料的尺寸大小，和各個零部件要求的強度和韌性，適當控制溫度和保溫時間，使合金碳化物充分溶入奧氏體，這樣可以減少模具因熱處理碳化物溶解不充分，殘留在晶界之間而造成的模具龜裂。但要注意鋼的臨界點Ac1和Ac3及保溫時間，防止奧氏體粗化［4、5］。淬火后用不同溫度分3次回火，按2～3小時/次保溫，特別注意回火的效果，如果還要進行氮化處理，可以減少一次回火處理。
模具加工時產生的切削應力、電火花放電變質層的應力、和壓鑄時產生的熱疲勞應力，可以通過退火來減輕或消除。模具應定期退火處理消除應力：第一次去應力退火應安排在淬火之前（退火溫度700℃～750℃），第二次去應力退火應安排在試模合格后的量產之前，再在壓鑄1萬模、3萬模時各退火處理一次，氮化一次可以代替一次退火處理。對H13鋼退火消除應力的溫度比淬火時最后一次回火的溫度低20℃～40℃，保溫時間為1～1.5小時。
合理選擇模具的硬度，美國AISI H13 ESR類材料用于壓鑄模具，如果硬度偏低，易出現粘模和早期龜裂，如果硬度太高又會增加開裂的風險，所以一般建議：鋅合金壓鑄模用47～52HRC；中、小型的鋁、鎂合金壓鑄模用46～48HRC；尺寸大的鋁、鎂合金鑄件和比較厚或形狀復雜件的模具,應適當降低硬度為44～46HRC。日立的DAC55、ZHD435及一勝百的DIEVAR鋼在高硬度時有很好的韌性及抗高溫強度，應用時硬度可以比H13提高2～4HRC。
對壓鑄模的型腔表面容易出現粘模的部位和所有的型芯，應選用氮化、碳氮共滲、日本的KANUC、低溫等離子滲硼、蒸鍍（PVD物理蒸鍍、CVD化學蒸鍍）、氮化加蒸鍍、激光［6］等方式的表面強化處理，以減少粘模或侵蝕。目前使用日本的KANUC處理的比較多。如需氮化時，型面的氮化層總深度應比以往的0.2～0.3mm要小，應根據鑄件壁厚由厚到薄控制在0.04～0.08～0.12mm, 且應無化合物白亮層，防止過厚的白亮層碎裂后引起模具過早的龜裂。對容易粘模部位的零件,可以每壓鑄1～2萬模進行一次氮化等表面處理。當模具壓鑄8～10萬模次之后，由于硬度降低容易出現粘模時，也可以進行氮化處理。注意，每次退火和氮化之前、后都要對模具表面進行相應的拋光處理。
