压铸模具新材料——新型热工钢介绍

由锌合金压铸加工的压铸件，今天几乎在所有生活领域不断扩大。每天所用以压铸工艺加工的锌合金压铸件各种各样，从小的锌家具五金件，包括现代煎炸平底锅，锅以及通讯设备的外壳，到加工汽车工业结构件，对浇注技术都提出了挑战。

锌合金压铸件重量从几克到50Kg以上十分不同，对压铸模具以及所用的热工钢所提要求也各种各样。最近几年，质量要求大大提高，用于现代移动手机的最精细的铸件，对于金（银）编织结构，要求很高的表面质量。大量的结构工件，如：汽车门，要求具有光亮的上漆面，这样，对锌合金压铸件的表面粗糙度以及热工钢的热稳定性，提出很高的要求。

这样的锌合金压铸件低成本生产，今天要求比以往更高功率的压铸模具，只有这样方能在相同短作业时内，生产大量锌合金压铸件。

目前有三种国际标准的热工钢用作压铸模具材料，这三种材料具有能够生产经济性好高质量标准锌合金压铸件资格，随着锌合金压铸件复杂性增加，以及锌合金压铸件尺寸加大，已有标准热工钢，对于经济加工不能满足。

在对锌合金压铸件质量以及所用热工钢特性不断提高要求的背景下，三种具有最优性能的新型热工钢，叙述以下：

一、压铸模具热工钢

表1所列除了三种材料号为1.2343，1.2344、1.2367常用热工钢的化学成分，还列了特种材料为TQ、HP及HTR热工钢的化学成分。在所有情况下，涉及的是主要合金元素为铬、钼及钒的马氏体热工钢；主要合金元素是以电解再熔工艺（ESU）生产的。

表1，压铸模具热工钢的化学成分

热工钢1.2343、1.2344及1.2367国际等级标准为DINENISO4957。1.2343钢的热强度和热韧性恰当配合，在欧洲是最常用于压铸模具的热工钢。1.2344钢以其较高的钒含量，要比1.2343有较高的热强度以及回火稳定性，然而，韧性较小。传统上，这种钢尤其在美国用的多。由于其3.00%高的钼含量，1.267钢较其他两种钢有明显好的热强度及回火稳定性，这样的优点是由于韧性明显丧失造成的。

新型特种热工钢TQ1和HP1是建立在最高纯正度准则上，这不仅表明磷和硫含量下降，还表明有害伴生元素含量迅速有效的下降，这样的有害元素主要是在废铁循环过程聚集的，对钢的韧性有负面作用。同样情况下可以识别的碳和硅的含量下降，在此范围对韧性施以积极影响。与上述的钼和钒含量组合，TQ1产生十分高的韧性，热强度，回火稳定性及热冲击稳定性特性组合。

HP1钢同样是建立在最高纯正度原则上。然而与TQ1相比，是其钼含量下降，以此，在钢的生产时候，要考虑合金元素钼的升。通过铌合金及推荐的硬度温度调整，HP1与TQ1达到一样的热强度。

第三种特殊钢——HTR的成份是旨在明显提高热强度，回火稳定性以及导热能力。因此，其铬的含量明显降低，减少的碳和铬的含量有助这种钢的韧性。

二、所述钢的特性

特种热工钢的优点最好通过特性对比说明。

图表不仅是压铸模具热处理时一个重要的工作方法，而且也对热工钢正确选择有帮助。这样的图表明的是由于加热钢的硬度变化。图1，是所介绍钢的回火曲线，在此曲线图上，德国使用较少的1.2344钢未列上去。除了HTR钢，所列钢种在500——550度之间回火温度下表现有显明的二次硬度最大值。随着回火温度继续增加，硬度下降。由曲线下降坡度可以推断回火稳定性。回火曲线下降越陡，钢的回火稳定性越小，在浇注作业中钢的加热反应越敏感。与1.2343钢相比，此曲线证明1.2367钢有较好的回火稳定性，在550度之上回火温度技术范围，TQ１和HP１达到几乎与1.2367一样的回火稳定性。特种钢HTR由于其高的钨含量表现出较其余钢明显高的回火温度。二次硬度最大值不仅在约70度时移至较高的回火温度，在此最大值之上温度时曲线也降得比较小。

采用以上的方法可以获得均匀、细小的组织，其原理是因为充分利用了快速加热和循环处理两方面的作用，快速进行加热，生成大量奥氏体晶核，出现并得到细小的晶粒;这个过程进行的速度越快，温差越大，其得到的细化效果越好。

增加这个工序的次数，也会得到良好的效果，反复进行加热和冷却，一方面可以促进成核，另一方面使成核晶体进一步细化。每进行一次，奥氏体晶粒就被细化一次，使下一次奥氏体化的形核率增加。

这个工艺在进行循环之前，试样的硬度和冲击这两个数值会是上升的，每次循环处理的结果都有所不同。硬度值和冲击值在经过3-5次循环热处理后会得到明显提高。之后在进行同样的工序，试样的硬度值和冲击值不会出现明显的变化。6次左右会接近细化的界限。如果此时再进行循环，对于热处理效率的提高没有太大的帮助，所以，循环次数以4-5次为最佳。

循环超细化热处理是提高压铸模具精密度的有效方法之一，虽然工序相对较复杂，但是对于结果来说效果很明显。