壓鑄模具新材料——新型熱工鋼介紹

由鋅合金壓鑄加工的壓鑄件，今天幾乎在所有生活領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。每天所用以壓鑄工藝加工的鋅合金壓鑄件各種各樣，從小的鋅家具五金件，包括現(xiàn)代煎炸平底鍋，鍋以及通訊設(shè)備的外殼，到加工汽車工業(yè)結(jié)構(gòu)件，對澆注技術(shù)都提出了挑戰(zhàn)。

鋅合金壓鑄件重量從幾克到50Kg以上十分不同，對壓鑄模具以及所用的熱工鋼所提要求也各種各樣。最近幾年，質(zhì)量要求大大提高，用于現(xiàn)代移動手機(jī)的最精細(xì)的鑄件，對于金（銀）編織結(jié)構(gòu)，要求很高的表面質(zhì)量。大量的結(jié)構(gòu)工件，如：汽車門，要求具有光亮的上漆面，這樣，對鋅合金壓鑄件的表面粗糙度以及熱工鋼的熱穩(wěn)定性，提出很高的要求。

這樣的鋅合金壓鑄件低成本生產(chǎn)，今天要求比以往更高功率的壓鑄模具，只有這樣方能在相同短作業(yè)時內(nèi)，生產(chǎn)大量鋅合金壓鑄件。

目前有三種國際標(biāo)準(zhǔn)的熱工鋼用作壓鑄模具材料，這三種材料具有能夠生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性好高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)鋅合金壓鑄件資格，隨著鋅合金壓鑄件復(fù)雜性增加，以及鋅合金壓鑄件尺寸加大，已有標(biāo)準(zhǔn)熱工鋼，對于經(jīng)濟(jì)加工不能滿足。

在對鋅合金壓鑄件質(zhì)量以及所用熱工鋼特性不斷提高要求的背景下，三種具有最優(yōu)性能的新型熱工鋼，敘述以下：

一、壓鑄模具熱工鋼

表1所列除了三種材料號為1.2343，1.2344、1.2367常用熱工鋼的化學(xué)成分，還列了特種材料為TQ、HP及HTR熱工鋼的化學(xué)成分。在所有情況下，涉及的是主要合金元素為鉻、鉬及釩的馬氏體熱工鋼；主要合金元素是以電解再熔工藝（ESU）生產(chǎn)的。

表1，壓鑄模具熱工鋼的化學(xué)成分

熱工鋼1.2343、1.2344及1.2367國際等級標(biāo)準(zhǔn)為DINENISO4957。1.2343鋼的熱強(qiáng)度和熱韌性恰當(dāng)配合，在歐洲是最常用于壓鑄模具的熱工鋼。1.2344鋼以其較高的釩含量，要比1.2343有較高的熱強(qiáng)度以及回火穩(wěn)定性，然而，韌性較小。傳統(tǒng)上，這種鋼尤其在美國用的多。由于其3.00%高的鉬含量，1.267鋼較其他兩種鋼有明顯好的熱強(qiáng)度及回火穩(wěn)定性，這樣的優(yōu)點是由于韌性明顯喪失造成的。

新型特種熱工鋼TQ1和HP1是建立在最高純正度準(zhǔn)則上，這不僅表明磷和硫含量下降，還表明有害伴生元素含量迅速有效的下降，這樣的有害元素主要是在廢鐵循環(huán)過程聚集的，對鋼的韌性有負(fù)面作用。同樣情況下可以識別的碳和硅的含量下降，在此范圍對韌性施以積極影響。與上述的鉬和釩含量組合，TQ1產(chǎn)生十分高的韌性，熱強(qiáng)度，回火穩(wěn)定性及熱沖擊穩(wěn)定性特性組合。

HP1鋼同樣是建立在最高純正度原則上。然而與TQ1相比，是其鉬含量下降，以此，在鋼的生產(chǎn)時候，要考慮合金元素鉬的升。通過鈮合金及推薦的硬度溫度調(diào)整，HP1與TQ1達(dá)到一樣的熱強(qiáng)度。

第三種特殊鋼——HTR的成份是旨在明顯提高熱強(qiáng)度，回火穩(wěn)定性以及導(dǎo)熱能力。因此，其鉻的含量明顯降低，減少的碳和鉻的含量有助這種鋼的韌性。

二、所述鋼的特性

特種熱工鋼的優(yōu)點最好通過特性對比說明。

圖表不僅是壓鑄模具熱處理時一個重要的工作方法，而且也對熱工鋼正確選擇有幫助。這樣的圖表明的是由于加熱鋼的硬度變化。圖1，是所介紹鋼的回火曲線，在此曲線圖上，德國使用較少的1.2344鋼未列上去。除了HTR鋼，所列鋼種在500——550度之間回火溫度下表現(xiàn)有顯明的二次硬度最大值。隨著回火溫度繼續(xù)增加，硬度下降。由曲線下降坡度可以推斷回火穩(wěn)定性。回火曲線下降越陡，鋼的回火穩(wěn)定性越小，在澆注作業(yè)中鋼的加熱反應(yīng)越敏感。與1.2343鋼相比，此曲線證明1.2367鋼有較好的回火穩(wěn)定性，在550度之上回火溫度技術(shù)范圍，TQ１和HP１達(dá)到幾乎與1.2367一樣的回火穩(wěn)定性。特種鋼HTR由于其高的鎢含量表現(xiàn)出較其余鋼明顯高的回火溫度。二次硬度最大值不僅在約70度時移至較高的回火溫度，在此最大值之上溫度時曲線也降得比較小。

采用以上的方法可以獲得均勻、細(xì)小的組織，其原理是因為充分利用了快速加熱和循環(huán)處理兩方面的作用，快速進(jìn)行加熱，生成大量奧氏體晶核，出現(xiàn)并得到細(xì)小的晶粒;這個過程進(jìn)行的速度越快，溫差越大，其得到的細(xì)化效果越好。

增加這個工序的次數(shù)，也會得到良好的效果，反復(fù)進(jìn)行加熱和冷卻，一方面可以促進(jìn)成核，另一方面使成核晶體進(jìn)一步細(xì)化。每進(jìn)行一次，奧氏體晶粒就被細(xì)化一次，使下一次奧氏體化的形核率增加。

這個工藝在進(jìn)行循環(huán)之前，試樣的硬度和沖擊這兩個數(shù)值會是上升的，每次循環(huán)處理的結(jié)果都有所不同。硬度值和沖擊值在經(jīng)過3-5次循環(huán)熱處理后會得到明顯提高。之后在進(jìn)行同樣的工序，試樣的硬度值和沖擊值不會出現(xiàn)明顯的變化。6次左右會接近細(xì)化的界限。如果此時再進(jìn)行循環(huán)，對于熱處理效率的提高沒有太大的幫助，所以，循環(huán)次數(shù)以4-5次為最佳。

循環(huán)超細(xì)化熱處理是提高壓鑄模具精密度的有效方法之一，雖然工序相對較復(fù)雜，但是對于結(jié)果來說效果很明顯。