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壓鑄模具的材料選擇主要取決于澆注金屬的溫度及類型,旨在提高模具的使用壽命,尤其是面對高熔點金屬時。壓鑄過程中,金屬液的溫度越高,模具的損耗速度越快。
1. 鋅合金壓鑄模具
鋅合金的熔點范圍在400~430℃,其壓鑄模型腔的表面溫度不會超過400℃。由于工作溫度相對較低,除了常用的模具鋼外,也可選擇合金結構鋼,甚至低碳鋼(例如20鋼),經過中溫固體碳氮共滲、淬火和低溫回火處理后,同樣能表現出良好的使用效果。
常用于鋅合金壓鑄模具的材料包括:合金結構鋼如40Cr、30CrMnSi、40CrMo等,以及合金模具鋼如5CrNiMo、5CrMnMo、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V、CrWMn等。
2. 銅合金壓鑄模具
銅合金壓鑄模具的工作條件極為苛刻,銅液溫度通常在870~940℃,模具型腔需承受高溫銅液的反復沖刷,這容易導致模腔表面產生冷熱疲勞裂紋,從而縮短模具壽命。因此,銅合金壓鑄模具應具備高熱強性、良好的導熱性、韌性和塑性,以及高的抗氧化性、耐蝕性和加工工藝性能。
在國內,3Cr2W8V鋼常被用于制造銅合金壓鑄模具,也有使用鉻鉬系熱作模具鋼的。近年來,新型熱作模具鋼Y4在銅合金壓鑄模具中的應用取得了顯著效果,其抗熱疲勞性能優于3Cr2W8V鋼。國外則采用加鈷的鎢系高熱強模具鋼、鎢基合金和鉬基合金等材料,效果優于3Cr2W8V鋼,但因其價格昂貴,在國內難以廣泛推廣。
3. 鋁合金壓鑄模具
鋁合金熔液的溫度通常在650~700℃左右,壓鑄模模腔表面需承受高溫高速鋁液的反復沖刷,從而產生較大的應力,并受到液態鋁合金的熔損粘蝕作用。因此,鋁合金壓鑄模具的壽命需重點考慮是否會發生粘模和模腔早期干裂。
國內常用的鋁合金壓鑄模具用鋼包括:4Cr5MoSiV1(H13)、4Cr5MoSiV(H11)、3Cr2W8V以及新鋼種Y10和HM3等。
3Cr2W8V鋼具有優異的回火抗力和熱穩定性,耐熱性高,但冷熱疲勞抗力較差,容易在模具型腔表面產生冷熱疲勞裂紋。H13和H11鋼的回火抗力和熱穩定性稍遜于3Cr2W8V鋼,但冷熱疲勞抗力顯著提高。使用H13鋼制造的鋁合金壓鑄模具,壽命遠超3Cr2W8V鋼制造的模具。