浅谈铝合金压铸模

一·前言

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。

二·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。

三·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。一般把热作模具钢分为三类：

（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。

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AISI-H13，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。

H13钢的化学成分（质量分数）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：

线膨胀系数αl：11.5×10-6/℃,(22～500℃)；12.2×10-6/℃,(22～800℃)；

热导率λ：28.4W/(m·K) (800℃)；

密度ρ：7.8g/cm3 ,(20℃)；7.7g/cm3 ,(400℃)；

临界点：Ac1 860℃；Ac3 915℃；Ar1 775℃；Ar3 815℃；Ms 340℃。四·模具的热处理工艺

该铝合金压铸模的生产工艺流程图如下：

下料锻造球化退火粗加工稳定处理精加

工淬火两次回火钳修打磨渗碳或渗氮

本文仅对模具的热处理工艺做详细研究，机加工工艺不做评述。

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。

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。