压铸模具钢的使用寿命有多长？
　　 　　随着社会进步的发展，模具钢的利用率有了很大的提高。使用时，应注意尽可能延长使用时间。那幺如何提高压铸模具钢的使用寿命呢？这是一个很专业的问题。毕竟影响高压铸模具钢使用寿命的因素很多。接下来我们来解释一下压铸模具钢的使用寿命有多长。
　　
　　模具因磨损、侵蚀、腐蚀和热疲劳而变形、破裂、粘附和破裂。铸件上形成毛刺、飞边、脱皮、疤痕、划痕、粗糙度、尺寸偏差后，就不能再修复了。报废前加工的零件数量称为模具的使用寿命。对于模具本身，有其正常的寿命水平。如果一副模具，通过精心设计，注意维护和正常使用，达到了国内外相对寿命指标，损坏就属于正常寿命范畴。如果是早期失效，说明现有材料和工艺的潜力没有得到充分发挥，我们应该给予足够的重视，从各个方面找出原因和对策。提高模具寿命是一个复杂的综合问题，有许多因素。随着科学技术的进步，人们对事物规律性的认识提高了，其生命指数也可以向更高的目标前进。
　　
　　影响模具寿命的因素
　　
　　影响模具寿命的因素很多，包括外部因素和内部因素。外部因素是指模具工作时的外部环境，包括:工作条件、设备条件、使用过程中的维护、加工零件的材料、壁厚、尺寸、形状等。内部因素是指模具材料的冶金质量、加工工艺规范和热加工工艺制度，包括毛坯的锻造和热处理、模具结构的合理性、工艺设计方案的先进性和匹配精度的准确性等。如果我们处理好上面提到的所有方面，模具的耐用性就会得到准确的保证。
　　
　　提高模具寿命的基本方法
　　
　　1.冶金部门需要提供高质量的钢材
　　
　　锻坯断裂、淬火过程中的工艺缺陷和使用过程中承载能力的降低都与钢的冶金质量密切相关。冶金质量包括:材料的洁净度；有害元素、气体和非金属夹杂物的含量，碳化物的均匀分布和颗粒的细度；断口是否有孔洞、疏松、白点，成分是否始终稳定一致，是否符合国家钢材标准和规范等。目前的电渣重熔冶炼方法能明显保证材料的冶金质量。
　　
　　2.采用先进的毛坯锻造工艺
　　
　　锻模毛坯有两个目的:第一，碳化物分布均匀，加热时阻碍奥氏体晶粒的生长，降低钢对过热的敏感性。由于均匀分布的碳化物具有极高的硬度，钢的耐磨性和抗咬合性显着提高，钢的抗塑性变形能力也得到增强。其次，形成合理的流线分布，使材料的力学性能和淬火变形趋势没有明显差异。如采用合理的手段后，可以达到上述进度计划的目的。
　　
　　目前多向拔墩锻造工艺值得采用。其主要特点是锻造时变形均匀，易于锻造，碳化物细磨，显微组织整体改善。需要注意的是，高合金模具钢通常导热性能差，塑性低，抗变形能力强，锻造温度范围窄。如果锻造时加热不足，锻件容易断裂或产生内部裂纹，如果冷却不当，锻件会有网状碳化物或冷裂纹的危险。因此，在加热规范中，要特别注意初锻温度和终锻温度。控制初始锻造温度的主要目的是获得最佳的塑性和最小的变形抗力。控制终锻温度的上限是防止晶粒长大或析出网状碳化物等缺陷；控制下限是为了防止塑性降低，导致锻造裂纹或过大的内应力。对于3Cr2W8 V钢，当加热温度为1080 ~ 1120c时，初锻温度为1080 ~ 1120c，终锻温度为900 ~ 8500 C，较为理想。在冷却规范中，要防止ar或Arm以上的冷却速度慢导致网状碳化物析出，防止冷却速度过快导致内应力过大导致冷裂纹的形成。
　　
　　另外，对于含钨的3Cr2W8V热作模具钢，为了使锻坯组织均匀，降低硬度，便于切削，需要进行退火处理。在退火过程中，值得研究的是，在Aci以上采用连续退火工艺是不够的，可能会形成稳定的WC和WZC碳化物，降低钢的硬化能力和淬透性。如果采用高温退火进行软化处理，不仅可以获得细小的珠光体，而且具有操作简单、周期短、不易氧化脱碳等优点。高温退火的软化工艺规范是。加热至Aci，(850°C)，在750-780°C下彻底燃烧，保持温度1012小时，温度达到600c后空冷。
　　
　　3.通过好模具材料的初步检验
　　
　　从生产角度考虑，为了方便快捷，可以采用磨削火花识别法。目前，由于一些管理问题，钢种有时会被误用，给生产带来不可挽回的损失。因此，磨削火花可以作为初步检查的内容进行。3Cr2W8V钢的火花。与其他钢种相比，有明显区别。火束细而短，发出暗光，无火花迸裂，暗红色流线，尾部有斑点狐尾花斑。其次，值得进行超声波检查，检查出毛坯中隐藏的缺陷。一方面是为了防止锻件因材质问题达不到锻造要求而报废；另一方面，由于未能发现隐患，在投入大量加工劳动力和材料并花费很长时间后，最终是失败的。其他检查项目和依据如下:疏松度可按YB9-68评定，残余网状碳化物和共晶碳化物不均匀性可按GB1299-77检验。钢的晶粒度测量方法国内是YB27-64，也可以参考美国的ASTM112-74，日本的JISG0551-77，苏联的oct 5639-650，只有日本的龚-76和JISG0538-77的标准。硬化层的深度按照日本JISG0557-77标准测量，IS-73规定从表面测量到HV 550(在1 kgf载荷下测量)。在抛光过程中，如果出现局部凹坑或砂眼等缺陷，很有可能会积累氧化物夹杂物。
　　
　　4.仔细设计模具的结构
　　
　　模具设计的内容极其丰富，可以从铸件结构和工艺性分析入手。由于铸造结构设计不合理，模具中出现薄断面，成为断裂的根源。不合理的斜率值会在抽芯、开模或取件时造成划痕。空腔壁连接处稍有遗漏的倒角导致应力集中裂纹。在浇注系统的设计中，对流动方向、横截面积和注射速度的不当控制会导致模具壁或型芯的侵蚀。熔融金属进入模腔后形成的涡流，由于涡流芯的速度是无限的，对模具表面的刻蚀起到很强的作用，导致模具局部拉毛，刚性不足。片面强调节约钢材，导致早期变形或断裂，经常发生。如果每个部件的匹配精度等级选择不当，热导率会降低，并且由于间隙过大而过早出现热疲劳，或者由于装配尺寸过紧而在压铸过程中出现模具裂纹。在现代模具结构中，已经考虑了快速顶出机构。这里一方面要提高生产效率。但从另一个角度来看，它也是为了减少铸件的模具滞留时间，去除模具材料的热负荷而设计的。
　　
　　5.合金熔化和保温过程中的相关控制
　　
　　模具表面被高速金属流侵蚀。所有腐蚀的零件都会降低铸件的尺寸精度和表面光洁度，甚至使零件与铸件咬合，影响顺利拆模。因此，控制温度参数是非常重要的，包括掌握合金温度和控制模具始终处于热平衡。此外，合金中的气体问题，在高速高压充型的特殊环境下，随着金属液流的喷溅而迸出，造成模具气蚀，在模具表面留下麻点，应引起重视。一方面，对合金进行精炼和脱气是净化合金液的必要条件，同时也有利于避免气蚀和防止模具表面点蚀。此外，控制合金中铁的含量对防止粘模非常重要。但根据Al-Fe相图可知，在600℃左右，铝容易溶入铁中形成固溶体，容易附着在模具表面，使铸件表面质量下降。在严重的情况下，模具表面会形成脆性的铁铝化合物，成为裂纹源。在这个问题上，除了镀层可以发挥作用之外，控制合金中适当的铁含量也是值得注意的。铁含量超标可以用铝来调节，铁含量与铝的比例可以用10:2来处理，而铁含量过低要通过增加铁来解决。
　　
　　6.采用最佳的模具热处理规范
　　
　　作为压铸模具的材料，必须具有较高的热强度和回火稳定性，才能获得较高的热疲劳抗力和耐磨性。目前，作为铝合金压铸的模具材料，它仍然是国内应用最广泛的钨基模具钢3Cr2W8V。其锻造性能良好，加工性能和热处理工艺性能也较好。对于3Cr2W8V钢来说，由于热处理工艺不当，钢的寿命往往会上升和下降。其中，调质工艺，尤其是严格控制，直接影响模具的抗热疲劳性、热强度和抗回火性。
　　
　　目前大多数工厂的压铸模具淬火温度都在1050-1100℃，进一步提高淬火温度的呼声很大，但也有利弊。众所周知，随着淬火温度的提高，其优点如下:
　　
　　1)更多的碳化物溶解到奥氏体中，会使淬火后的马氏体具有更高的回火稳定性，热强度、耐磨性和抗疲劳性也会相应提高；
　　
　　2)一定程度上减少了碳化物的带状偏析，减少了残余碳化物对基体的切削作用。还提高了材料性能的方向性，使残留的碳化物更少、更小、更均匀、更圆，从而提高了强度和韧性。
　　
　　3)增加板条马氏体的数量，提高强度和韧性，降低裂纹扩展速度。
　　
　　但是它也有它的缺点:
　　
　　1)晶粒粗化降低了模具韧性。比如奥氏体化温度为C时，晶粒度等级为9-10，奥氏体化温度为C时，晶粒度等级为2级。
　　
　　2)模具更容易变形。
　　
　　3)模具表面更容易氧化脱碳。
　　
　　权衡利弊，我认为压铸模具的主要失效形式是热疲劳和热腐蚀，所以高温强度、硬度和抗回火性比韧性更重要。提高淬火温度将进一步开发3Cr2W8V钢作为压铸模具材料的潜力。对于模具变形和氧化脱碳，可采取相应措施解决。比如淬火加热采用两次预热，其中第二次预热温度为850-870℃，略低于最终淬火温度。目的是减少模具与温度的时间差，缩短高温保温时间，缓解高温加热带来的弊端；再比如二次分级淬火或等温淬火，可以减少变形。其他如盐浴强化脱氧或保护气氛的箱式炉加热，可避免氧化脱碳。
　　
　　由于3Cr2W8V钢的成分在允许范围内波动，理论上应该有其最佳淬火温度。当采用较高的淬火温度时，最佳碳含量在规定含量的下限内；并且钨含量处于规定含量的上限，因此淬火后仍可获得更细的晶粒。回火温度的选择:一般认为回火至硬度HRC47-48的抗热疲劳性能最好，但回火温度必须比模具使用温度高30-500°C，否则在使用过程中会再次回火。
　　
　　淬火温度越高，回火温度应该越高，这样才能提高淬火温度。如果淬火温度为1050 ~ 2000℃，回火温度为560 ~ 6000℃；淬火温度为1100℃和1150℃时，回火温度应为600 ~ 650℃。铝合金模具回火次数为2-3次，铜合金模具回火次数为3次，以消除残余奥氏体，避免使用过程中残余奥氏体转变为马氏体而产生内应力，严重影响模具寿命。
　　
　　7.模具的高能密度表面强化处理
　　
　　高能量密度表面强化是指材料表面受到极高的能量而发生物理化学变化，从而达到强化的目的。其主要特点是工艺简单，加工快速，零件变形小，生产效率高。其中，电火花表面强化技术是减少表面腐蚀、防止金属与模具表面咬合、延长使用寿命的有效途径之一。根据脉冲电路全放电原理，将硬质合金制成的电极(Y68)接电源正极，金属工件接电源负极。两个电极在空气中周期性接触，导致气隙放电，形成火花和高温。在高温作用下，碳化钨升华并从电极上释放出来，在工件表面产生并完成重熔、沉积、扩散、结合、硬化等一系列过程，从而在被镀工件表面形成成分均匀、组织致密、硬度高的碳化钨镀层，其表面硬度达到HV1100-1400。增强层与基体结合牢固，耐冲击，不剥落。强化处理时，工件预冷？状态，最小放电点，时间短，无退火变形。模具强化后，耐热、耐腐蚀、红硬性和耐磨性均有良好的效果。
　　
　　国外出现了一种氧氮表面扩散法，即将模具在真空下于540℃加热4小时，然后通入氨气，接着通入丙烷和二氧化碳，直至形成深度为0.03 mm的氧化铁、氮化铁和碳化铁。600℃处理后，表面硬度达到HV750。渗氮处理中，气体软氮化效果最好，处理后的模具具有较高的表面硬度、耐磨性和冲击韧性。其复合层致密单相，提高了模具的抗划伤、抗咬合、抗粘连和抗腐蚀能力。此外，气体软氮化生产周期短，易于维修，设备简单，操作方便。适用于3Cr2W8V钢和铝压铸模的表面强化，最佳工艺参数为:50%甲醇和50%氨水，580℃加热渗氮，保温4.5小时，软氮化后油冷。
　　
　　8.采用良好的操作规范
　　
　　操作规范的第一个问题是生产前的模具预热。模具中的应力与模具的温度梯度成正比，适当提高预热温度是可以理解的。但是，过高的预热温度会使型腔表面接触温度过高，破坏材料的屈服强度，不利于模具的抗热疲劳性能。此外，在使用过程中，模具始终处于热平衡状态，这已成为提高模具寿命、提高生产效率、保证铸件致密性的重要手段。对于冷却通道的布置和热油加热冷却控制设备的应用，以测量模具温度场的分布为依据。基于热电物理现象相似的理论，用热电模拟方法测量等温线的分布仍然具有实用价值。在稳定条件下，也就是说，在温度场中的温度和电场中的电势不随时间变化的条件下，固体的热传导现象和DC电路中导体的传导现象可以用同一个拉普拉斯微分方程来描述。根据相似理论，如果两种不同的物理现象可以用一个微分方程来描述，并且实现了边界条件，那幺几何条件就类似于物理量，比如电场中的电压和电阻，电流和温度场的温差，热阻和热流是彼此相似的，那幺就可以在电学模型上模拟热元件上的传热现象，对生产起到指导作用。操作过程中的节奏和连续性，加上模具温度控制装置的使用，可以为保持模具的最佳热平衡状态创造条件。
　　
　　在使用期间，对压铸模进行应力释放和回火，使热疲劳裂纹在孕育期产生应力松弛，成为提高其使用寿命的有效措施。消除应力的回火温度比原始回火温度低3050℃，回火间隔与铸件材料、模具材料和铸件重量有关，一般应在裂纹出现前进行。对于重量为100克的铝合金压铸件，模具应在使用几次后进行去应力和回火；重量为100-500克，分次服用；500多克换5000次。相同重量的铜合金铸件，间隔分别为3000次、2000次、1000次。
　　
　　涂层的层压性能在保护模具材料方面起着重要作用。如果涂层不能均匀恢复，就有腐蚀的危险。在美国，已经讨论了喷涂模具表面时液滴形成和分散面积的机理，在西德也有类似的研究工作报道。他们认为喷涂在高温模具上的涂层液滴会产生较高的蒸汽压力，不易吸附在模具表面，造成脱离和飞溅，模具表面未能充分润湿会影响模具寿命。根据机理分析，涂层液滴应该先以球形与成型表面接触，然后散开成椭圆形以增加接触面积，然后散开形成薄膜以达到均匀覆盖的目的。因此，模具温度不应超过所谓的“润湿温度”范围。最佳方案是增加喷雾压力，使液滴获得更高的动能，抑制液滴的冷凝现象，达到避免快速汽化的目的。
　　
　　在模具使用过程中，定期观察和维修模具是非常重要的。在生产中，由于支撑板和套筒板变形以及紧固螺栓松动而导致模具早期失效的例子很多。
　　
　　9.确保模具的加工质量
　　
　　磨削过程中，砂轮不够锋利，产生摩擦热，会造成表面磨削裂纹。此外，由于磨削应力的存在，模具的热疲劳能力也会降低。
　　
　　型腔表面，尤其是浇口表面光洁度不高或模具表面有少量划痕和标记的地方，是裂纹源。模具镶块与套板配合精度选择不当，或套板因过度松动影响导热效率或过紧而开裂。模具和机器之间的安装精度，包括平行度和垂直度，可能会影响导轨的过早磨损。目前，电火花加工模具应用广泛。在加工过程中，表层下的回火区是由于局部高温形成的。该区域在结构和化学成分上与基体不同，硬度较高。另外，表面有残余应力，加工表面容易形成细小裂纹，需要抛光。目前超声波抛光应用广泛，其效率比手工抛光可提高1-2倍。
　　
　　10.模具磨损后下一道工序的处理
　　
　　采用电火花碳化钨表面强化技术是减少表面腐蚀、防止金属与模具表面咬合、延长使用寿命的有效途径之一。这种方法不仅可以作为修复模具的手段，还可以在新模具正式投入使用前，对工作条件特别差的型腔、型芯和浇注系统零件进行选择性表面强化处理。低压等离子喷涂机在国内已经设计开发成功，可以在低压真空条件下喷涂工件，从而获得高强度、耐高温、耐腐蚀等特殊涂层。如果采用堆焊技术修复破损模具，使用(d2.5 ~ 3mm) 337焊条是成功的。用氧乙炔焰合金粉(Ni45)喷焊型腔和修复冲头也是可行的。