用这几招：压铸模具使用寿命可以提高数倍

金属压铸具有生产效率高、节约原材料、降低生产成本、铸件性能好、精度高等特点。其中，汽车工业是压铸铸件较大的市场。轻型汽车是实现高效、安全、节能、舒适、环保的较佳实现高效、安全、节能、舒适、环保的较佳途径。用铝合金代替传统钢铁制造汽车可以减轻整车重量的30%左右。压铸模具处于高压(30~15000MPa)下将400～1，6000C熔融金属压铸成型。在成型过程中，模具经过周期性加热和冷却，并被高速喷射的燃烧金属冲刷和腐蚀。模具材料具有较高的热疲劳阻力、导热性和耐磨性、耐腐蚀性和高温力学性能。仅仅依靠模具材料的应用仍然难以满足不断提高的性能需求。压铸模具的表面处理必须采用各种表面处理技术，以满足高效、高精度、高寿命的要求。

2.压铸模故障形式

压铸模与高温液体金属接触，不仅加热时间长，而且加热温度高于锻造模具，压铸有色金属温度300~800℃，压铸黑金属的温度为1000℃以上。它还承受着30~150的高压MPa，磨损和腐蚀是由反复加热和冷却以及金属液流的高速冲刷引起的，反复加热和冷却，加工环境恶劣。据失效统计，3Cr2W8V65%是热疲劳，15%是开裂，6%是磨损，4%是腐蚀失效。

2．1 疲劳裂纹

热疲劳裂纹是压铸模较常见的失效形式，占失效率的很大比例。压铸模具300~8000C热循环和脱模剂引起的拉应力和压应力交替循环反复受到冷热引起的热应力，导致型腔表面或内部热应力集中处逐渐出现微裂纹，其形状多为网状，称为裂纹和放射性。热应力使热疲劳裂纹继续扩展到宏观裂纹。导致压铸模故障。热疲劳裂纹是由热循环应力、拉伸应力和塑性应变引起的。塑性应变促进裂纹的形成，拉伸应力促进裂纹的扩展和延伸。从微观分析来看，晶界碳化物和夹杂物集中区出现热疲劳裂纹，应选用钢清洁、显微组织均匀的优质模具钢，具有较高的热疲劳抗性。

2．2 整体脆性开裂

压铸模具的灾难性断裂是由机械过载或热过载引起的。材料断裂时的应力值一般远低于材料的理论强度。由于微裂纹的存在，应力集中，裂纹尖端的应力远高于平均应力。压铸模具脆性开裂的原因有很多，材料的塑性韧性是盒子对应较重要的力学性能。模具钢中夹杂物减少，韧性显著提高，整体脆性生产较少。

2．3 溶蚀或冲蚀

熔融金属液高压高速进入型腔。对压铸模具成型零件的表面产生强烈的冲击和冲刷，导致型腔表面的机械腐蚀，降低压铸模具的高温硬度，导致型腔软化、塑性变形和早期磨损。在填充过程中，高温金属液中的杂质和熔渣对模腔表面产生复杂的化学变化和化学腐蚀。熔融金属液的气泡侵蚀了型腔。机械和化学磨损的综合作用加速了表面腐蚀和裂纹的产生。有利于提高模具材料的高温强度和化学稳定性。

3.影响热疲劳的因素

3．1 模具温度的影响

压铸速度高，压力大，模具表面冲击载荷强，模具表面接触高温熔体，较高温度8700C，在如此高的热量下，模具表面产生压缩热应力。每次压铸前，在模具表面喷洒润滑剂，产生拉应力。当交变热应力超过模具屈服强度时，表面会产生热疲劳微裂纹，迅速扩散到心脏。造成铸件拉伤和粘模，严重造成模具早期开裂。

3．2 材料的基本特性

压铸在热冷压铸环境下工作，对压铸模材料有以下要求：

(1)抗热疲劳和抗热冲击性能好，不易产生裂纹。

(2)韧性和延展性好，提高模具尖角和突出部位的抗冲击性。

(3)良好的热硬性、热强性、淬透性、耐磨性和高温抗氧性。

(4)热处理变形小，热膨胀系数小等。热作模具钢主要用于压铸模具Cr2W8V和H13钢(4Cr5MoSiVl)。目前压铸模多用途H13钢是一种以合金铬为主的热作模具钢，具有良好的韧性、热疲劳抗性和抗氧化性。经过适当的表面处理，其使用寿命可达到相当高的水平。已广泛应用于成熟的压铸模具钢。国外90%以上的压铸模具是由H13钢制造。控制模具材料非常重要。压铸模用的H13钢必须是优质钢，钢材清洁，组织均匀，偏析轻微，等向性好。国外优质H13钢在生产过程中采用了一系列先进的再熔等一系列先进技术，提高清洁度，然后通过多向绑扎或反复墩锻和超细化处理技术H13钢内在品质优良。采用先进的冶炼工艺用先进的冶炼工艺。

4.压铸模热处理工艺

通过热处理可以改变材料的金相组织，以确保必要的强度和硬度、高温下尺寸的稳定性、耐热疲劳性和切割性。热处理后的零件变形少，无裂纹，残余内应力降低。目前，压铸模具一般采用真空气体淬火表面无氧化物，模具变形小，模具质量得到更好的保证_球化退火_粗加工稳定_精加工_较终热处理(淬火、回火)_钳修_抛光_ 渗氮(或碳氮共渗)_精磨或精研_装配。对H13钢采用高温淬火、双淬火、控制冷却速度淬火、深冷处理等，提高模具性能和使用寿命。

5.压铸模表面强化处理

延长模具寿命是较有效、较经济的方法。通过调整一般热处理工艺，提高钢的强度和韧性。采用不同的表面强化处理工艺，结合适当的心脏性能，可使模具表面具有高硬度、耐磨、耐腐蚀、耐咬、摩擦系数低，使模具寿命提高几倍甚至几十倍。模具表面强化主要有三类：①激光相变硬化等。不改变表面化学成分；②改变表面化学成分、渗氮等；③表面形成覆盖层，气相沉积技术处理等。

5．1 不改变表面化学成分强化

激光强化处理：激光作为热源强化材料的表面，包括相变硬化、表面溶解、表面涂层等。该材料的表面功率密度至少为103VC/em2.高功率、高密度激光束的金属表面处理称为激光表面热处理。分为激光相变硬化、激光表面合金化等表面改性，产生其他表面加热淬火强化无法实现的表面成分、组织和性能的变化。

激光熔覆技术模具表面覆盖一层具有一定性能的薄熔覆材料，以提高表面性能。H常规处理后硬度444HRC，激光淬火后，表面硬度可达772HV(相当于62HRC)，淬硬层深度0.63ram。由于加热后回火过程中的淬火硬度、耐回火稳定性、耐磨性和耐腐蚀性显著提高。激光熔覆技术具有加工精度高、热变形小、后加工量小等特点。

电火花表面强化：电火花表面强化是利用电极与工件之间的火花放电，将导电材料熔化到工件表面，形成合金表面强化层。常用的电极材料包括TiC、WC、ZrC由于电极材料由于电极材料沉积规律，生长小，提高了工件的表面物理化学性能。若电极强化工件采用硬质合金，表面硬度可达100~1、400HV，强化层与基体结合牢固。

5.2.强化表面化学成分

(1)渗碳。

渗碳是将钢放入渗碳介质中，加热到单相奥氏体区域，保温一段时间，使碳原子渗入钢表面的表面化学热处理工艺。At3以上(850℃一950℃)进行。目的是提高模具表面的碳浓度，大大提高表面的硬度、耐磨性和接触疲劳强度，保持一定的强度和高韧性。有固体和液体碳渗透。

(2)渗氮。

化学热处理活性氮原子在一定温度下渗入工件表面。其目的是提高工件的表面硬度、耐磨性、疲劳极限、热硬度和抗咬性。一般压铸模具淬火回火(45~47HRC)氮化层深度为0.15~0.2mm。气体渗氮，离子渗氮。H13.080℃油淬 560％：x2h回火两次，硬度48HRC。经过520℃x4h离子渗氮，模具挤压型材1万kg提高4,500kg，寿命提高了3倍。

(3)N—C共渗(软氮化)。

软氮化的本质是碳氮共渗，主要在较低的温度下进行。软氮化处理后，表面疲劳强度和耐磨性、耐咬合性、耐擦伤性和腐蚀性能显著提高。

H13钢相对韧性低，膨胀系数大，对热疲劳性能有不利影响。由于C在8相中溶解度高(550℃软氮化温度为565℃以下附近比较好。既能保证渗透速度，又能保证英镑 所需的N浓度较高，在表面形成前可形成更多的N渗人基体，有利于在N原子扩散的第二阶段形成合理的扩散层。软氮化时间为2~4h为宜，超过6h，N层不再增加，硬度为2~3h达到较大值。实践证明，合理的气体软氮化工艺如图1所示。

(4)表面渗铝

铝渗透是指铝在金属或合金表面的扩散和渗透过程。铝渗透的目的是提高材料的热稳定性、耐磨性和耐腐蚀性。模具表面在氧化前渗透铝Fe—A1-0混合物可以减少粘合剂的发生，从而延长模具的使用寿命。常用的渗铝有三种：固体粉末渗铝、热浸镀铝、表面喷涂镀铝，然后扩散退火。

(5)模具渗铬

型腔硬度(1，3000)可提高渗铬HV耐磨、耐腐蚀、疲劳强度和耐高温氧化。对于磨损强的模具，显著提高使用寿命。镀铬时，加热到950℃～1，100℃，保温5h～10h可形成结合牢固的渗铬层。铬层厚度一般较小，不影响模具型腔的尺寸。铝合金压铸模3Cr2W8V，镀铬后的使用寿命可提高10倍左右。

5．3 表面形成覆盖层强化

气相沉积技术：气相沉积技术是利用气相中的物理化学工艺改变工件表面成分，在表面形成金属或化合物涂层（超硬耐磨或特殊光电性能）的新技术。

化学气相沉积(CVD)高温沉积区气体离解沉积物。CVD处理后的模具形状不受限制，可在含碳量大于0.8%的工具钢、渗碳钢、高速钢、铸铁和硬质合金表面进行。涂在模具上TiC、TiN复合工艺的复合硬度高达3000HV，提高模具的耐磨性和耐摩擦性。CVD处理后还需要淬火回火。采用TiC、TiN复合涂层提高了模具的使用寿命。

物理气相沉积(PVD)镀钛采用纳米涂层的新技术，在模具表面沉积多层金属膜(膜厚为l～71a,m)，膜具有耐磨、耐腐蚀、硬度高的功能。由于膜不与铝、锌等金属溶液亲和或反应，可大大提高压铸件的离模性能，不粘合模具。为了获得较佳的综合使用性能，解决传统工艺无法解决的问题，在改善液体金属粘模和热裂方面取得了较佳效果。

6.优化模具设计和压铸工艺

减少模具的尖角和拐角，合理使用材料，规范加工和热处理工艺。应控制模具的表面硬度HV，>氮化层深度为0.12~0.2mm。正确的预热模具，优化模具，改善内部冷却，使模具达到均匀的热平衡效果，保持低温稳定，合理喷涂，对延缓热疲劳裂纹具有重要意义，提高模具的使用寿命和效率。

模具压力加工是机械制造的重要组成部分，其水平、质量和使用寿命与模具表面强化技术密切相关。压铸模具的工作条件极其复杂恶劣，热疲劳主要影响模具故障。我国铝压铸模具技术有一定的发展，但与国外先进水平相比，模具寿命尤为突出。国外可达8-15万模次。国产模具的使用寿命一般在4-8万件之间，平均6万件。模具行业是国民经济的基础产业。模具行业的发展水平是衡量国家工业水平和铸件开发能力的标志。对降低生产成本、提高经济效益具有重要的现实意义。