铝合金压铸新型热作模具钢的制备和性能研究

**压铸

随着我国经济的快速发展，我国模具制造业也被采用 突飞猛进的发展。压铸模采用高速压力 熔融或半熔融金属注入压铸模腔，形成金属半 成品或成品模具㈣。在压铸模工作过程中， 模具需要承受复杂多变的机械冲击和冷热交替的温差 同时，模具内腔在金属充型过程中也会受到影响 热冲击和磨损[3-71。由于冷热循环热的反复冲击， 随着使用时间的延长，模具腔的表面组织发生了变化， 模具内腔会出现坍塌、裂纹、磨损等缺陷。 进一步发展会使模具失效㈨Ol。目前，国内外应用 压铸模具钢较多H13、QR045、QRO 80M、 BHl0A以及CrN等等，我国常用于铝合金压铸模具 具钢有4Cr5MoSiV(H11)、4Cr5MoSiVl(H13)、 4Cr5M02MnSiVl(Y10)、3Cr3M03VNd(HM3)和 3Cr2W8V等阳。这些钢是在使用过程中使用的 4Cr5M02MnSiVl(YIO)模具钢性能更好，是一种 新型铝合金压铸模具钢。总的来说，目前的铝合金 金压铸模具钢在使用过程中失效的主要形式是热疲劳 刚性0，如劳损、严重脆性开裂、磨损和坍塌。

为进一步提高铝合金压铸模具钢的使用寿命，打开 新型铝合金压铸模具钢是模具制造商甚至 提高用户效率具有重要意义。因此，本研究以铝为基础 添加不同的合金元 制备了新型铝合金压铸模具钢，讨论了不同的热量 对模具钢性能的影响是压铸模具的选择 提供一定的试验基础。

1.测试材料和方法

在试验过程中，通过调整Cr、Mo以及V等合金元素 新型压铸新型压铸模具钢设计制备而成 熔炼制备。压铸模具的钢化学成分如表1所示。 中频感应电炉在试验过程中不氧化 当钢液温度达到1时 500℃左右 脱氧处理时，钢液采用冲人法脱氧 孕育变质处理，更后浇成样品。浇注样品 在750℃退火后，用机械加工成标准样品。960、980、1 000、1 020、 1 040℃，淬火时间为机油 40 min；淬火后，回火样品 处理温度为500℃，回火介质为空气，回火保温时间 为2 h。耐铝合金热熔试验采用高温浸泡法 将合金加热到一定温度熔化，然后将模具钢样品浸泡在铝中 试验温度为780℃，浸泡时间分别为1、2和2 3、4、5 h。采用摩擦磨损试验HT.500销盘摩擦试验 机器在室温下进行，载荷为100 N，滑动速度为0.8 m／s， 时问为15 min，磨损率的计算公式如下：K=V／(Nxd)，式 中，y磨损体积(磨损损失重)Am/销样密度p)，N为 载荷，d滑行距离。更后，根据**规定热处理样品 家标准GB／T 397—2009，GB／T 228—2010，GB／T 229— 2007，GB／T 1818-1994测量热处理 后热作模具样品模具样品的力学性能SWD一100电 子**试验机。JB150冲击试验机HR50型洛氏硬 高温硬度利用度计AKA测试高温硬度计。更后， 采用更佳样品段JSM35型扫描电镜观察分析。

结果分析与讨论

2．1 热处理对模具钢强度和韧性的影响

图1为试验设计的铝合金压铸热模钢在不同淬火温度下淬火 500℃回火处理后，模具钢样品抗拉强度 程度和冲击韧性随淬火温度而变化。结合表1模具钢 化学成分，从图1开始，模具钢样品的抗拉强度变化曲线 以发现，随Mo、V以及Cr增加合金元素，增加模具 钢样抗拉强度呈上升趋势。淬火温度升高 高模具钢样抗拉强度先增加，后略低 降趋势。B模具钢样品从图1对应的冲击韧性变化 可以在曲线中找到，跟随Mo、V以及cr添加合金元素 模具钢样品的冲击韧性逐渐下降。随淬 随着火温的升高，模具钢样品的冲击韧性值与相应的抗性 拉强度值呈相反的趋势。图1a和图1b在淬火温度下显示 度为1 000℃时，Al和A2模具钢样抗拉强度更高 大，分别为1 627．4 MPa和1 642．5 MPa，相应的冲击 功分别为8．9 J和8．6 J。淬火温度也可发现 为1 020℃时，A3模具钢样品抗拉强度更大 1 712．5 MPa，相应的冲击功为7.9 J。分析原因， 淬火温度低时，模具钢样品中的奥氏体不在金相中 碳化物在基体化，碳化物在基体中固溶不足，导体 模具钢组织不均匀，抗拉强度值低。 当淬火温度达到一定程度时，如A1和A2在1 000℃，A3 在1 020℃板条状马氏体在模具钢样品中的数量逐渐增加 此外，组织变得均匀，因此相应模具钢样品的抗拉强度 度均增加。淬火温度过高时，由于内部扩散加快， 部分晶粒在组织中生长粗化，使相应的抗性 由于基体中合金元素的溶解，拉强度值下降； 淬火温度高时，房间降低了马氏体I的临界转变点 残留的奥氏体数量在温度下增加，相应的冲击功 提高。

2.2热处理对模具钢硬度的影响

图2为试验设计的三组模具钢样品 淬火后，经5万次淬火℃相应的硬度值回火后淬火 火温变化曲线。结合表1模具钢的化学化学成分 2.可在模具钢中找到Mo、V以及cr添加合金元素 当相同淬火温度下模具钢样品的硬度值增加时 依次呈现增长趋势。模具钢试样随着淬火温度的升高 硬度先增加，然后略有下降，相应 模具钢样品抗拉强度值的变化趋势相同。淬火温度为 960℃时，A1至A3模具钢样品的硬度值分别为 HRC 47．65、HRC 48．62以及HRC 50．12。淬火温度 升高，A1和A2模具钢样品的硬度值为淬火温度 1 000℃时达到更大，A模具钢样品的硬度值为淬火 温度为1 020℃达到更大，为HRC 52．83。淬火温度为1时 040℃时，A1、A2以及A3模具钢样品的硬度值 均有下降，分别为HRC 48．32、HRC 48．95以及 HRC 52．15。分析表明，模具钢随着淬火温度的升高 另一方面，基体中溶解的碳化物越来越多， 由于硬度值的增加，合金元素的硬化效果更为明显。 淬火温度超过一定值后，由于内部扩散加快，组织 另一方面，由于合金元 当基体中的素溶人降低马氏体的临界转变点时， 淬火温度高时，室温下残留的奥氏体数量随之而来 增加，从而降低模具钢样品的硬度值。

 

2.3合金元素对模具钢耐铝热熔的影响

对于铝合金压铸模具，模具的耐热性和熔化性 因此，模具钢与铸造的铝合金熔体状态密切相关 耐铝热熔性能试验非常重要。试验选用的模具钢 样品为A1(1 000℃淬火 500℃回火)、A2(1 000℃ 淬火 500℃回火)以及A3(1 020℃淬火 500℃回 火)，试验温度780℃。结合表1模具钢的化学成分 可以发现，合金元素在相同的

热浸时间Mo、 v以及cr随着元素添加量的增加，模具钢单位面积的熔化率 逐渐变小。模具钢 熔化率均增加。铝合金熔体浸渍试验1 h时， A1、A2以及A3模具钢样品的熔损率分别为12.5 g／dm2、 8．5 g／dm2以及5．7 g／dm2.铝合金应随着试验时间的延长而延长 金熔体浸渍试验5 h时，A1、A2以及A3模具钢样品 熔化率分别为19.4 g／am2、13．6 g／din2以及9．8 g／am2。 图3中显示，A3模具钢试样具有更佳的耐铝热熔性 能。 图3中显示，A3模具钢试样具有更佳的耐铝热熔性 能。 图3中显示，A3模具钢试样具有更佳的耐铝热熔性 可以。分析可见，在A3模具钢添加更多Mo、V 以及Cr合金元素Cr元素在低温下具有良好的耐久性 因此，当添加量较高时，其耐热性较好。 

2.4模具钢耐磨性分析

压铸热模钢通常需要承受 因此，模具钢的耐磨性试验是显而易见的 必不可少。图4为试验

选择的模具钢样品A1 (1 000℃淬火 500℃回火)、A2(1 000℃淬火 500℃ 回火)以及A3(1 020℃淬火 500℃摩擦后回火) 磨损试验后的结果。其中，图4a是A1、A2以及A3模具钢 图4中样品磨损率试验结果bA3模具钢试样磨损试验 验后表面XRD分析结果。压铸模具中的模具 模具型腔在使用过程中承受着强烈的机械压力和冷热 交替变化，导致模具表面承受较大的热冲击， 压铸模具表面的热裂纹是由周期的交变应力引起的 扩展使模具失效。从图4a中可见，A3模具钢试样具有 更佳耐磨性主要是由于A3模具钢中cr元素含量 更高，而Cr元素通常是抗氧化合金元素 在此过程中，将优先促进模具钢表面氧化膜的形成 非常致密，与基体紧密结合，因此模具钢基体具有 保护效果好。图4b表面主要显示在摩擦过程中 形成的氧化物是Fe：O，和Fe，O。，能很好地保护基体 护。

2.5模具钢显微结构分析分析

图5是A3模具钢样1 020℃淬火和500℃回火 样品的微组织形状。图5中显示，A三模钢样组 织物主要是条状马氏体，也有少量 碳化物和残余奥氏体。从图1和图2的分析可以看出，淬火时 当热温较低时，热处理后的模具钢组织中的碳化物 奥氏体均匀化不足，未完全固溶。淬火温度 模具钢基体中的粒状碳化物完全固溶， M，C同时，其内针马氏体组织逐渐旋转 淬火温度达到1时 020。C时，模具钢 组织中的碳化物主要富含合金元素M。C以及MC， 该碳化物具有良好的稳定性，提高了模具钢的性能。

3结论

(1)以Mo、V以及cr主要合金化元素的研究 热处理工艺对模具钢性能的影响规律。结果表明A3样 更佳样品为1 020℃淬火40 min 500℃回火2 h 样品性能更好，此时制备的模具钢抗拉强度为1 712．5 MPa，冲击功为7．9 J，硬度值为HRC52．83。

(2)研究了模具钢的耐铝热熔性和摩擦磨损性能 性能，结果显示A3模具钢试样具有更佳的耐铝热熔损伤 添加合金元素，特别是性能和耐磨性cr元素 增加可以提高模具钢的耐热性和熔化性，促进摩擦 在擦拭过程中形成致密氧化膜。

(3)以板条状马氏体为基础的更佳模具钢样组织 还有少量的粒状碳化物和残留的奥氏体。

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