韧性改善：压铸模损伤形式与解决方法，重熔精炼的关键作用

3. 提高韧性

压铸模具损坏约78%为热裂，约8%为大裂。压铸模具出现裂纹时，可以修复后继续使用，但有时大裂纹也会造成模具失效，因此提高韧性是至关重要的课题。

提高韧性的方法有两种，其中一种是重熔精炼，特别是采用ESR（电渣重熔）重熔精炼，可以大大提高纯净度，细化组织，从而提高冲击韧性，减少其偏差。所谓ESR重熔精炼，就是将第一次冶炼后凝固的钢锭，在水冷结晶器中再次用电渣电阻热进行熔炼精炼，然后迅速凝固的方法，所以又叫电渣重熔精炼。它能使材料在整个长度和横截面上获得纯净的、无偏析的组织。将SKD61钢及其ESR钢（大同DHA1-ES）热处理至硬度为43~46HRC后，从材料强度最低的厚度方向取样，进行冲击试验，结果如图4-30所示。采用威布尔分布来评估数据的离散性。 观察其特征可以发现，ESR钢的平均冲击韧性提高了1.5倍，且其数据的离散性明显降低。

另一种方法是淬火。模具在冷却时，如果在从奥氏体化温度降至900℃的过程中，在晶界上析出碳化物，会降低韧性。在500℃以下冷却速度较慢时，会发生贝氏体转变，这种组织在高温回火后韧性比回火马氏体低得多。这是因为发生贝氏体转变的组织比马氏体粗大，板条宽度(针状贝氏体组织的宽度)变大，冲击裂纹更容易扩展。也有工作利用半冷时间等概念来研究这类淬火速度的影响。

针对此类问题，目前已应用以油淬—出炉冷却为主的HIT(High Impact Value Treatment)热处理方法，并结合前述DH31系列长寿命钢，有效防止开裂。另外，通过对上、下温度区冷却速度影响的研究，得知下温度区冷却速度影响大于上温度区。鉴于550℃以上冷却速度影响较小，因此快速冷却至550℃后再改变下温度区冷却速度影响较大，得知下温度区冷却速度影响几乎占总量的70%～80%。基于这些研究成果，已开发并应用各种压铸模淬火方法。

4、压铸模具钢的发展趋势

目前压铸模具材料已发生很大变化。压铸行业的发展方向及对模具材料的要求，为进一步推动汽车轻量化发展，钢制件也已改为高强度铝合金（高Si系列），并采用挤压压铸法，即在铸造的同时施加机械压力进行压铸。此外，真空压铸也用于薄壁件的成形。各种总成的集成化趋势，使产品越来越复杂、大型化，因此对材料的淬硬性有更高的要求。另外，为提高成形效率，有通过加强模具内部冷却来缩短成形周期的趋势，因此冷却水孔数量增多，与模具表面距离减小，这就要求材料具有更高的韧性。因此，高性能、高可靠性的模具材料越来越重要。 如上所述，DHA-WORLD、DH31-EX等是通过提高淬硬性来提高大型模具心部韧性的钢材，已在北美压铸协会（NADCA，Noreth American Die Cast Association）标准中注册为推荐用钢材。

此外，品质管理也逐渐趋于严格，例如NADCA标准除了高性能钢材的检验标准外，还对真空淬火、焊接修复等作业进行了规定。

为了满足这些需求，制造高性能、高可靠性的模具，除了对模具材料的要求外，还需要实现高韧性、低变形的高精度热处理，还要考虑表面处理和涂层技术。

对于压铸模具，较常用的热处理方法有：增加表面硬度和强度、施加压应力以提高抗热裂性能、进行氮化以增强抗熔性和抗咬合性。根据最近的研究，较厚的氮化层会增加裂纹扩展的深度，因此建议进行轻氮化。

此外，为防止腐蚀及粘连，除各种氮化处理外，还出现了复合涂层方法。如采用等离子CVD（化学气相沉积）形成多层涂层，采用特殊氮化+PVD（物理气相沉积）形成耐腐蚀性能优良的CrN涂层，并逐渐应用于压铸模具零件（镶针、镶件）等。

仿真技术也是延长使用寿命的关键技术，以往需要对废旧模具进行分析、制定解决方案、试制生产，但利用仿真技术可以缩短上述工序时间。此外，仿真技术还应用于模具损伤分析、损伤预测、热处理变形预测等领域，这些技术对降低成本、缩短交货周期起到了很大的作用。

此外，随着汽车、家电生产企业生产基地向海外转移，模具材料的采购，特别是热处理的管理也成为亟待解决的问题。