铝合金压铸模

• 在等温球化退火工艺的制定过程中，奥氏体化温度及等温 转变温度十分重要。奥氏体化温度较高时，未溶碳化物数 量较少，奥氏体晶粒较大，而且其中的碳含量的分布也比 较均匀，因而有利于球化过程的进行。等温转变温度较低 时，碳（及合金元素）在奥氏体中扩散较困难，也不利于 球化过程的进行。只有当奥氏体温度较低，等温转变温度 较高的处理规程下，才能得到球化组织。 等温球化退火 规范：首先毛坯入炉，随炉升温缓慢加热，加热至Ac1+ （20～30℃），保 • 温3～4h，经查表，H13钢的Ac1为860℃，故升温加热至 880℃～890℃并保温3～4h；然后随炉缓冷至Ar1-（20～ 30℃）保温4～5h，经查表H13钢的Ar1为775℃，故升温加 热至745℃～755℃并保温4～5h；然后再随炉缓冷至550℃， 空冷至室温。经硬度检测，硬度可达229HBW，共晶碳化物 等级≤3级。如果钢中的原始组织网状碳化物较严重，则 需要加热到略高于Acm的温度，使碳化物网溶入奥氏体， 然后再较快地冷却到Ar1一下温度进行等温球化退火。 • 经过球化退火，可使可切削性能大大提高；在淬火时，溶 入奥氏体的碳化物较均匀； • 淬火开裂和淬火变形减轻；而韧性有所增加等等多方面有 所改善。
• 4）冷却 • 冷却以大于钢临界冷速的冷却速度冷却到室温。中耐热韧 性模具钢由于淬透性很高，一般可采用油冷或空冷，对于 变形较小的模具也可采用在500～600℃等温后空冷，冷 却介质的选择必须考虑到对性能的要求，同时为使冷却时 热应力尽量下，故尽可能地选择冷却能力较低的介质。对 于该模具可选择油作为淬火介质。 • 5）均热 • 中耐热韧性模具钢的热应力较大，为防止开裂和变形，绝 对不允许冷却到室温，一般冷到150～180℃，均热后应 立即回火，均热时间可按照0.6min/mm计算。 淬火后， 钢获得马氏体组织，强度、硬度均有所提高，冷却后硬度 为57～60HRC。
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性能检测方法
在热处理生产过程中，因热工仪表、加热设备、冷却介质、 操作水平、原材料等因素的影响，热处理质量不可避免地 存在差异，甚至产生不合格产品，需要通过检验把不合格 产品剔除出去。因此质量检验对保证和提高热处理质量有 着极为重要的作用。常用的热处理质量检验方法包括外观 与内部缺陷检验、表面和内部硬度检验、组织形态或结构 检验、模具变形、表面硬化层深度/渗层深度、脆性检验、 晶粒度检验、表面氧化与脱碳检验、抗拉强度检验等等。 其中无损检测技术在现在的模具检验中占有重要地位。
H13材料的各方面数据分析
• H13钢的化学成分分析如下： C：0.32%～0.45%；Si：0.80%～1.20%； Mn：0.20%～0.50%；Cr：4.75%～5.50%； Mo：1.10%～1.7-5%；Ni≤0.25%； V：0.80%～1.20%；P≤0.03%；S≤0.03%。 • H13钢的物理性能、力学性能如下： （1）线膨胀系数α l：11.5×10-6/℃,(22～500℃)； 12.2×10-6/℃,(22～800℃)； （2）热导率λ ：28.4W/(m·K) (800℃)； （3）密度ρ ：7.8g/cm3 ,(20℃)；7.7g/cm3 ,(400℃)； （4）临界点：Ac1 860℃；Ac3 915℃；Ar1 775℃； Ar3 815℃；Ms 340℃。
材料的选择
• 根据被加工金属的种类、负荷大小、使用温度和 成形速度等条件，提出不同的要求来选用不同的 热作模具钢种。热作模具钢的ω （c）一般在 0.3～0.6%，含碳量过高时，钢的韧性和塑性下降， 导热性较差；含碳量过低时，硬度和耐磨性达不 到要求。热作模具钢中一般加入Cr、Mn、Ni、Si 等元素以强化铁素体基体，提高钢的淬透性强度 和韧性，Ni还能改善热疲劳抗力，为了细化晶粒 提高强度和硬度、回火稳定性，防止回火脆性， 还加入Ni、Mo、V等元素。此外，Ni、Mo、V等元 素在回火时以碳化物的形式析出产生二次硬化， 使热作模具钢在较高温度下仍能保持较高的强度。
• 3 淬火 • 热挤压模具钢的淬火工艺过程包括预热、解热、保温、冷却和 均热。由于这类钢合金 元素含量较高，钢的导热性较差，所 以在对钢进行加热时必须严格控制加热速度。 • 1）预热 • 在空气介质加热炉中加热时可以控制加热速度，使其以很缓慢 的速度进行升温，在盐浴炉中想控制其加热速度是很困难的， 因此必须采取预热的方法。预热次数的多少取决于钢的成分和 模具变形的要求：对于般要求变形不严格的模具，在不开裂的 情况下预热次数可适当少些，但对于变形要求严格的模具必须 多次预热。 • 在较低的温度预热一般是在空气介质加热炉中进行的，两段预 热的加热速度必须缓慢进行，一般≤30～60℃/min。因为钢在 这个温度范围处于弹性状态，内外温差所产生的热应力一旦超 过弹性极限就会开裂。当钢的温度高于650℃开始转入塑性状 态，当热应力达到一定数值时，钢将产生塑性变形，从而使内 应力下降，因此此时加热速度可适当快些（≤80～ 100℃/min），当然对于变形要求严格的模具来书，这一段时 间的加热速度仍然不必过快。综合以上因素考虑，对于该模具 使用的H13钢选择550℃、850℃两个温度进行预热。
铝合金压铸模
• 铝合金以其低密度高强度越来越多得到广泛应用， 经过对铝合金化学成分的组成与优 • 化，铝合金的铸造成型工艺、热挤压加工工艺和 人工时效等工艺，使铝合金的性能得到发挥，铝 合金压铸类产品主要用于电子、汽车、电机、家 电和一些通讯行业，一些高性能、高精度、高韧 性的优质铝合金产品也被应用到大型飞机、船舶 等技术要求比较高的行业中，但是其主要应用还 是在一些机械零件中。 • 铝合金压铸工艺较其他铝合金成型工艺有其自身 的优势：压铸范围广；逐渐尺寸精度 • 高、稳定性好；表面粗糙度低；生产率高；金属 利用率高；铸件强度和表面硬度高等等。
服役条件
• 铝合金压铸模属于热作模具。热作模具在工作时 承受巨大的冲击力、压应力、张应力、 • 弯曲应力，模具型腔与高温（有时可达1150～ 1200℃）金属接触后，本身温度可达300～400℃， 局部高达500～600℃。还经常受空气、油、水等 的反复冷却，在时热时冷的苛刻条件下工作的模 具，其型腔表面极易产生疲劳裂纹（即龟裂）。 此外，炽热的金属在模具型腔中变形所产生的强 烈摩擦，容易因摩擦而使精度降低，因而要求热 作模具钢具有足够的热强行、热疲劳性、韧性、 硬度和耐磨性、良好的导热性和耐蚀性，还要求 具有较高的淬透性，以保证整个截面具有一致的 力学性能。
一般把热作模具钢来自百度文库为三类：
• （1）高韧性热作模具钢 5CrMnMo、5CrNiMo、 4Cr5MoVSi(H11)等，适宜制作一般的锻造模具； • （2）高热强钢 3Cr2W8V、Y4、Y10、以及基体 钢5Cr4Mo2W2SiV等，宜用作热挤压模、压铸模 等； • （3）强韧兼备的热作模具 钢 4Cr5MoV1Si(H13)、HM3、4Cr5W2SiV等，宜 用作热锻模、热挤压模、压铸模等、高速锻模。
铝合金压铸模的热处理工艺
• 该铝合金压铸模的生产工艺流程图如下： • 下料 加工 锻造 稳定处理 球化退火 精加工 粗
淬火 打磨
两次回火 渗碳或渗氮
钳修
热处理具体流程
• 1 锻造 • 经下料后须锻造成毛坯件，而不是将原料直接进行机加工成毛坯件， 一方面减少材料 • 的损耗，节约材料：另一方面，经锻造后，钢发生塑性变形，晶胞拉 伸，成形变胞，沿流线方向的抗拉强度大，有利于提高毛坯件的强 度。 • 首先对型材进行加热，加热温度1100～1160℃，始锻温度1060～ 1150℃，以保证锻造 • 过程中钢处于奥氏体状态，可塑性强，终锻温度≥800℃。 • 2 球化退火 • 加热保温时间和等温时间由模具材料、尺寸及加热设备类型而定，模 具退火一般采用箱式炉，加热保温时间按照模具有效厚度计算，加热 系数1～2min\mm。 • 原始组织的好坏对模具钢的韧性和冷热疲劳性能有很大的影响，为改 善热作模具钢的强韧性配合，对于性能要求比较高的模具，可采用预 调质处理或者采用淬火加高温回火或退火相结合的方法，以获得细小 的珠光体和细小弥散分布的碳化物组织，为最终热处理提供很均匀的 组织，从而使得最终热处理后能达到优良的强韧性配合。
• 2）淬火加热温度 • 淬火加热温度取决于钢的成分和使用要求，对于同一种钢 来说，当要求有较高的韧性时，往往采用较低的温度淬火； 当要求较好的高温强度时，则采用较高的淬火温度。 对 于该模具选择淬火加热温度1020～1050℃，属于完全淬 火，该加热温度使钢完全奥氏体化。淬火加热为了保证模 具表面不脱碳，需采用脱氧保护良好的氯化钡盐浴炉中进 行加热。 • 3）淬火保温时间 • 淬火保温时间应保证使钢的原始组织能够全部形成奥氏体， 同时还必须保证碳化物能够充分溶解，设溶解后 含碳量 和合金元素能够充分地扩散，从而达到奥氏体均匀化 。 这样，保证热作模具刚具有较好的高温性能，这一点非常 重要。所以，一般热作模具钢的淬火保温时间较长，在盐 浴炉中加热淬火保温时间系数一般是0.5～1min/mm，模 具尺寸小，系数取上限。
• 火时产生氧化皮的倾向小，而且可以抵抗熔融铝 的冲蚀作用。4Cr5MoSiV1钢，即美国钢号AISIH13，也是日本钢号JIS-SKD61，是国际上广泛 应用的一种空冷硬化热作模具钢，进口设备上都 配用H13钢制造的模具。H13钢有较高的韧性和 耐冷热疲劳性能，不容易产生热疲劳裂纹，即使 出现了热疲劳裂纹也细而且短，不容易扩展，因 此用其制作的模具生产的压铸件外观质量有很大 的提高。模具在使用前无须预热，而且可以采用 自来水喷冷，以抑制模具的升温，减轻了操作工 人的劳动强度。该钢材同时具备较高的热强性， 是一种强韧兼备的优质廉价钢种，既可用作热锻 模材料，也可在模腔升温低于600℃的工况下用 作压铸模材料。
回火
• 回火的目的就是使模具达到一定的硬度和韧性，并消除淬火应力。为 保证在使用中的组织稳定性和内应力尽可能小，挥回火时间必须充分， 一般回火时间可按3min/mm。但最少不低于2h。 对于二次硬化热作模具钢，淬火后组织中存在一定量的残余奥氏体， 第一次回火后，在冷却过程中，这些残余奥氏体基本上转变为相应的 等温产物，这些产物较脆，往往会成为开裂的根源，故必须进行第二 次回火，有时为了使用上的要求也可进行第三次回火。 一般来说，第 一次回火温度根据回火温度与硬度关系曲线的硬度要求而定，第二次 回火温度比第一次低20℃，但是有些情况下第一次回火温度也可采用 较低的温度，然后根据第一次回火后的硬度来选择第二次的回火温度， 以期达到所需硬度。 对于该模具钢采取的是高温回火，第一次回火温度600℃，第二次可 略低，取580℃。由于钢中含有一定量的Cr、Mn、Ni，或者Ni少量时 Cr、Mn共存的条件下，高温回火（尤其是在500～600℃之间进行时） 极易出现比较严重的第二类回火脆性，应在回火后采用快速冷却的方 式（油冷或水冷）以避免之。如果钢中的Mo的含量适当提高，钢的 回火脆性敏感性大大减小，高温回火后可以缓冷（空冷）。 经两次高温回火后获得的组织是回火屈氏体，并且 残余奥氏体的含量 极少可以忽略不 计，钢回火后的性能大大提高，强度、硬度有所下降，塑性韧性较淬 火后明显提高。回火后硬度可达47～49HRC。
几种压铸模材料的分析
• 目前一般用作压铸模的钢种有H13钢、3Cr2W8V 钢，传统用钢是3Cr2W8V钢。这类钢属于中耐热 韧性模具钢，这类钢与低耐热高韧性热作模具钢 相比主要特点是含有较多的Cr、Mo、V、W等碳 化物形成元素以及含碳量较低，ω（c）一般为 0.32～0.45。由于钢中含较多的Cr元素，因而具 有很好的淬透性，直径100mm的棒材在空气淬火 的条件下可完全淬透，故被称为空冷硬化热作模 具钢。在截面尺寸＜150mm时具有与5CrNiMo钢 相近的韧性，而在工作温度500～600℃却具有更 高的硬度、热强性和耐磨性。与4Cr5MoSiV相比， H13（4Cr5MoSiV1）的热强性和硬度更高，在中 温条件下具有较高的热强度，热疲劳性能、高的 韧性和一定的耐磨性；在较低的奥氏体化温度条 件下进行空气淬火，热变形处理变形小，空冷淬