金屬壓鑄是先進(jìn)的少、無切削工藝，具有生產(chǎn)效益高、節(jié)省原材料、降低生產(chǎn)成本、鑄件性能好、精度高等特點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。其中壓鑄鑄件可達(dá)的市場是汽車工業(yè)，隨著人類更加關(guān)注可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)，汽車輕量化是實現(xiàn)高效、安全、節(jié)能、舒適、環(huán)保的很佳途徑。用鋁合金代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼鐵制造汽車，可使整車重量減輕30％左右。由于壓鑄模具是在高壓(30～150MPa)下將400～1，6000C的熔融金屬壓鑄成型。成型過程中，模具周期性地經(jīng)加熱和冷卻，且受到高速噴人的灼熱金屬沖刷和腐蝕。模具用料要求有較高的熱疲勞抗力、導(dǎo)熱性及良好的耐磨性、耐蝕性、高溫力學(xué)性能。要滿足不斷提高的使用性能需求僅僅靠模具材料的應(yīng)用仍然很難滿足，必須將各種表面處理技術(shù)應(yīng)用到壓鑄模具的表面處理當(dāng)中才能達(dá)到對壓鑄模具高效率、高精度和高壽命的要求。
2、壓鑄模失效形式壓鑄模工作時與高溫的液體金屬接觸，不僅受熱時間長，而且受熱的溫度比鍛模還高，壓鑄有色金屬的溫度300～800℃，壓鑄黑色金屬的溫度達(dá)1000℃以上。還承受了很高的壓力30～150MPa，受到反復(fù)加熱和冷卻以及金屬液流動的高速沖刷而產(chǎn)生的磨損和腐蝕，并被反復(fù)加熱、冷卻，加工環(huán)境較惡劣。據(jù)失效形式統(tǒng)計，用3Cr2W8V作壓鑄模材料，65％是熱疲勞，15％是開裂，6％是磨耗，4％是沖蝕失效。
2．1 疲勞裂紋熱疲勞裂紋是壓鑄模很常見的失效形式，占失效比例大。壓鑄過程中壓鑄模在300～8000C的熱循環(huán)及脫模劑導(dǎo)致的拉應(yīng)力與壓應(yīng)力交變循環(huán)，反復(fù)經(jīng)受急冷、急熱所造成的熱應(yīng)力，導(dǎo)致在型腔表面或內(nèi)部熱應(yīng)力集中處逐漸產(chǎn)生微裂紋，其形貌多數(shù)呈現(xiàn)網(wǎng)狀，稱龜裂，也有呈放射狀。熱應(yīng)力使熱疲勞裂紋繼續(xù)擴(kuò)展成宏觀裂紋。從而導(dǎo)致壓鑄模失效。熱疲勞裂紋是熱循環(huán)應(yīng)力、拉伸應(yīng)力和塑性應(yīng)變共同作用而產(chǎn)生的。塑性應(yīng)變促進(jìn)裂紋的形成，拉伸應(yīng)力促進(jìn)裂紋的擴(kuò)展與延伸。從微觀分析，熱疲勞裂紋在晶界碳化物、夾雜物集中區(qū)萌生，應(yīng)選鋼質(zhì)潔凈、顯微組織均勻的優(yōu)質(zhì)模具鋼有較高的熱疲勞抗力。
2．2 整體脆性開裂整體脆性開裂是由于偶然的機(jī)械過載或熱過載而導(dǎo)致壓鑄模災(zāi)難性斷裂。材料斷裂時所達(dá)到的應(yīng)力值一般都遠(yuǎn)低于材料的理論強(qiáng)度，由于微裂紋的存在，受力后將引起應(yīng)力集中，使裂紋尖端處的應(yīng)力比平均應(yīng)力高得多。壓鑄模脆性開裂引起的原因很多，而材料的塑韌性是箱對應(yīng)的很重要的力學(xué)性能。模具鋼中夾雜物減少，韌性明顯提高，在生產(chǎn)中整體脆裂的情況較少發(fā)生。
2．3 溶蝕或沖蝕熔融的金屬液以高壓、高速進(jìn)入型腔。對壓鑄模成型零件的表面產(chǎn)生激烈的沖擊和沖刷，造成型腔表面的機(jī)械沖蝕，高溫使壓鑄模硬度下降，導(dǎo)致型腔軟化，產(chǎn)生塑性變形和早期磨損。在填充過程中，熔液產(chǎn)生湍流導(dǎo)致的空蝕效應(yīng)或熔液中的微小顆粒產(chǎn)生的沖刷，高溫金屬液中雜質(zhì)和熔渣對模腔表面產(chǎn)生復(fù)雜的化學(xué)變化，產(chǎn)生化學(xué)腐蝕，熔融金屬液逸出氣泡使型腔發(fā)生氣蝕，這種機(jī)械和化學(xué)磨損綜合作用的結(jié)果都在加速表面的腐蝕和裂紋的生成。提高模具材料的高溫強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性有利于增強(qiáng)材料的抗侵蝕能力。
3、影響熱疲勞的因素
3．1 模具溫度影響壓鑄時速度很高，壓力很大，模具表面受到很強(qiáng)的沖擊負(fù)載，模具表面接觸高溫熔體，其溫度很高8700C，在這樣高溫急熱下，模具表面產(chǎn)生壓縮熱應(yīng)力。每次壓鑄前在模具內(nèi)噴潤滑劑進(jìn)行急冷，模具表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，這種交變熱應(yīng)力在超過模面的屈服強(qiáng)度時在表面產(chǎn)生熱疲勞微裂紋，急劇擴(kuò)散，向心部擴(kuò)散形成龜裂。將引起鑄件拉傷及粘模，嚴(yán)重的造成模具早期開裂。
3．2 材料基本特性壓鑄在急熱急冷的壓鑄環(huán)境下工作，對壓鑄模材料有以下要求：(1)抗熱疲勞和抗熱沖擊性能好，不易產(chǎn)生裂紋。(2)韌性和延展性好，改善模具尖角和凸出部分的抗沖撞擊能力。(3)良好的熱硬性、熱強(qiáng)性，淬透性，耐磨性和高溫抗氧性。(4)熱處理變形小，熱膨脹系數(shù)小等等。常用于壓鑄模的以鉻、鎢和鉬為主的熱作模具鋼3Cr2W8V和H13鋼(4Cr5MoSiVl)。目前，使用壓鑄模多用H13鋼，是以合金元素鉻為主的熱作模具鋼，具有良好的韌性、熱疲勞抗力和抗氧化性，經(jīng)過適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?，其使用壽命可達(dá)到相當(dāng)高的水平，現(xiàn)已成為成熟的壓鑄模具鋼獲得廣泛應(yīng)用，國外90％以上的壓鑄型腔模都是由H13鋼制造。模具材質(zhì)控制很重要。壓鑄模用的H13鋼必需是鋼質(zhì)潔凈，組織均勻，偏析輕微，等向性好的優(yōu)質(zhì)鋼。國外優(yōu)質(zhì)H13鋼的生產(chǎn)過程中采用了一系列先進(jìn)工藝技術(shù)，如通過真空除氣、電渣重熔等精煉技術(shù)提高潔凈度，再通過多向扎制或反復(fù)墩鍛及采用超細(xì)化處理技術(shù)，使H13鋼具有優(yōu)良的內(nèi)在質(zhì)量。運(yùn)用先進(jìn)冶煉工藝提供更多的高純度壓鑄模具鋼，是今后的方向。
4、壓鑄模熱處理流程通過熱處理可以改變材料的金相組織，以保證必要的強(qiáng)度和硬度、高溫下尺寸的穩(wěn)定性，抗熱疲勞性能和材料的切削性能等。經(jīng)過熱處理后的零件要求變形量少，無裂紋和盡量減少殘余內(nèi)應(yīng)力的存在。目前壓鑄模一般采用真空氣體淬火，表面沒有氧化物，模具變形小，更好保證模具質(zhì)量，其流程為鍛造_球化退火_粗加工一穩(wěn)定化處理_精加工_很終熱處理(淬火、回火)_鉗修_拋光_+滲氮(或碳氮共滲)_精磨或精研_裝配。對H13鋼采用高溫淬火、雙重淬火、控制冷卻速度淬火、深冷處理等，從而改善模具性能，提高模具壽命。
5、壓鑄模表面強(qiáng)化處理對模具進(jìn)行表面處理是延長模具壽命的很有效、很經(jīng)濟(jì)的方法。通過調(diào)整一般熱處理工藝改善鋼的強(qiáng)度和韌性。采用不同的表面強(qiáng)化處理工藝，以適宜的心部性能相配合，可賦予模具表面以高硬度、耐磨耐蝕、抗咬合和低摩擦系數(shù)等許多優(yōu)良性能，使模具壽命提高幾倍甚至幾十倍。模具表面強(qiáng)化主要有3類：①不改變表面化學(xué)成分，有激光相變硬化等；②改變表面化學(xué)成分，滲氮等；③表面形成覆蓋層，氣相沉積技術(shù)處理等。
5．1 不改變表面化學(xué)成分強(qiáng)化激光強(qiáng)化處理：激光作為熱源對材料表面進(jìn)行強(qiáng)化，有相變硬化、表面溶化、表面涂覆等。其特征是供給材料表面功率密度至少103VC/em2。利用高功率、高密度激光束對金屬進(jìn)行表面處理的方法稱為激光面熱處理。其分為激光相變硬化、激光表面合金化等表面改性，產(chǎn)生其他表面加熱淬火強(qiáng)化達(dá)不到的表面成分、組織及性能的改變。
激光熔覆技術(shù)模具表面覆蓋一層薄的具有一定性能的熔覆材料，以改善表面性能。H13鋼常規(guī)處理后硬度44HRC，經(jīng)激光淬火，表面硬度可達(dá)772HV(相當(dāng)于62HRC)，淬硬層深度0．63ram。由于得到以超細(xì)化高密度位錯性馬氏體為主的組織，以及激光加熱后自回火過程中析出彌散碳化物，使得淬層硬度、抗回火穩(wěn)定性、耐磨性及抗蝕性均顯著提高。激光熔覆技術(shù)以其加工精度高，熱變形小，后加工量小等特點(diǎn)具有很大的潛在應(yīng)用價值。
電火花表面強(qiáng)化：電火花表面強(qiáng)化是利用電很與工件間在氣體中產(chǎn)生的火花放電作用，把作為電很的導(dǎo)電材料熔滲進(jìn)工件表層，形成合金化表面強(qiáng)化層，常用的電很材料有TiC、WC、ZrC和硬質(zhì)合金等，因電很材料的沉積發(fā)生有規(guī)律的、較小的長大，改善工件的表面物理及化學(xué)性能。如硬質(zhì)合金做電很強(qiáng)化工件，表面硬度可達(dá)1，100～1，400HV，強(qiáng)化層與基體結(jié)合牢固嗍。
5．2改變表面化學(xué)成分強(qiáng)化(1)滲碳。滲碳是把鋼置于滲碳介質(zhì)中，加熱到單相奧氏體區(qū)，保溫一定時間，使碳原子滲入鋼表面的表面化學(xué)熱處理工藝。滲碳在At3以上(850℃一950℃)進(jìn)行。其目的使模具的表面在熱處理后碳濃度提高，從而使表層的硬度、耐磨性、接觸疲勞強(qiáng)度較心部有較大的提高，而心部保持一定強(qiáng)度和較高的韌性。有固體滲碳和液體滲碳。