压铸模具用钢：JIS通用钢的损伤形式及相关特性介绍

压铸模具用钢

1.JIS通用钢与损伤形式

SKD6钢材和SKD61钢材自1956年成为JIS标准钢之后，在压铸模具领域得到了普遍应用。这两种钢材的基本化学成分完全一致，包含0.38%的碳元素、1%的硅元素、5.2%的铬元素以及1.25%的钼元素。不过，SKD6钢材的钒含量为0.4%，而SKD61钢材的钒含量则达到了1%。这种钢材的硬化性能和抗拉性能都非常出色，即便在铝液（600~700℃）导致模具表面温度升高（达到500℃左右）时，它依然保持着优异的高温承受能力和防止性能下降的作用。在美国，现阶段AISI H13钢材是应用最为普遍的钢材类型。

图4-27展示了压铸模具破损的主要状况。其中，最突出的问题是热裂纹，这个现象占据了所有损坏类型的78%。此外，常见的还有熔损和严重开裂。所以，在研制压铸模具用钢时，重点在于增强其抗热裂纹能力和韧性，并持续进行改进。

图4-27压铸模损伤的主要形式

改进型钢材，含低硅，高铬，中钼成分，及其演进历程

到了二十世纪八十年代，面对世界范围的环境挑战，社会开始重视车辆燃油经济性与减重设计，导致使用铝合金制造的汽车组件得到广泛普及。这种趋势使得对压铸模具的耐用度等指标提出了更严格的标准，因此多种新型钢材被研发出来，其设计思路在于提升抗热裂纹能力以保障部件的精确度，并且还要增强材料的韧性来避免出现早期断裂现象。在钢种里，有几种具有代表性，比如含0.38%碳、低硅（不高于0.3%）且含有5%铬和较高钼的钢材，其中钼的含量在2%到3%之间，像大同DH21、DH31-S{23}这类钢种，由于添加了钼，因而提升了高温下的强度和抗软化性能，预计还能增强抗热裂纹的能力。

SKD61钢材经淬火回火处理达到47HRC硬度后，合金成分对其热裂纹倾向的作用情况见图4-28。实验选取φ15mm*5mm的板状小样，采用高频方式加热至700℃，随后进行水冷处理，如此循环操作1000次。通过对1/2厚度截面上的所有裂纹长度和数量进行检测，并计算平均裂纹深度，最终得出该结果。由此可以看出，硅和锰的成分越少，钼的成分越多，那么平均裂缝的长度就越短，也就是说抗热开裂的能力就越强。

此外，降低硅含量能够增强抗冲击能力。由于硅含量减少时，熔炼凝固过程中形成的粗大碳化物会相应减少，进而推动碳化物实现细化，并促使组织变得更加均匀，最终使材料的韧性得到提升，同时热脆现象也得以缓解。

此外也确认，提高钼元素含量能够增强贝氏体钢的淬透能力，并且有助于提升高温下的抗拉强度与抗蠕变性能，这种改进特别适合用于需要长期使用并承受巨大压力的大型压铸模具制造。对于低硅含量五分之二的铬三份之二的钼钢种（大同DH31-S）和SKD61钢，当材料硬度增加时，其抗热裂纹的能力会随之增强，导致产生的裂纹平均长度有所减小，在硬度相同的情况下，DH31-S钢的热裂纹抵抗能力远远超过SKD61钢。

新近，为了增强重模具内部韧性，研究人员改进了淬透性技术，相继研制出H11系钢DHA-WORLD、5%Cr-高Mo钢DH31-EX钢等（大同品牌）材料，这些成果拓宽了材料的应用领域。

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