1、JIS通用钢与损伤形式

SKD61钢和SKD61钢于1956年被规定为JIS标准钢以来，在压铸模方面一直得到了广泛使用。两钢种在具有相同的基本成分（0.38%C-1%Si-5.2%Cr-1.25%Mo）的基础上，V的质量分数SKD6钢为0.4%，SKD61钢为1%。它们的淬透性和韧性俱佳，而且在接触铝液（600-700℃）引起的模具表面温度上升（至500℃左右）的情况下也具有优良的高温强度和抗软化能力。在美国，目前AISIH13仍是使用范围最为广泛的钢种。

图1-1所示为压铸模损伤的主要形式。其中最主要的是热龟裂，约占全体的78%，其他主要为熔蚀和大开裂。因此，压铸模具用钢的开发也是着重于提高耐热龟裂性和韧性，进行不断改良。

 图1-1 压铸模损伤的主要形式

2、改良钢（低Si-5%Cr-2%~3%Mo钢）及其发展过程

进入20世纪80年代，为解决全球性环境问题，人们更加追求低油耗和轻量化，铝合金材料的汽车零部件等得到了大力推广，由此对压铸模的寿命等性能要求更高，为此各种改良钢相继问世，开发目标是通过增强耐热龟裂性来提高产品精度。与此同时也要提高韧性以防早期开裂。其中，代表性钢种有0.38%C-低Si（≤0.3%）-5%Cr-高Mo系钢，Mo的质量分数为2%-3%（大同DH21/DH31-S）改善了高温强度和抗软化能力，可望提高耐热龟裂性。

当SKD61钢的淬火加回火硬度为47HRC时，合金元素对其热龟裂性的影响如图1-2所示。这是装尺寸为Φ15mm×5mm的圆板状小试样，高频加热至700℃后水冷，并如此反复进行1000次后，在1/2厚度的断面上测量所有裂纹的深度和条数，然后计算出平均裂纹深度而得出的结果。由此可观察到，Si和Mn的含量越低及Mo的含量起高，其平均裂纹深度越浅，即耐热龟裂性起好。

      图1-2 合金元素对SKD61钢热龟裂性是影响

此外减少含硅量有助于提高冲击韧度。这是因为熔炼一凝固时生成的粗大碳化物含量随含硅量的降低而减少，其结果促进了碳化物的微细化和组织均匀化，从而使韧性和热龟裂性得到改善。

另外还判明，增加含钼量可提高贝氏体淬透性及改善高温强度和蠕变强度，适用于要求寿命长及承受高负荷的大型压铸模。低Si-5%Cr-3%Mo钢（大同DH31-S）与SKD61钢的耐热龟裂性比较如图1-3所示。随着硬度的上升，平均裂纹长度有所缩短，在相同硬度下，DH31-S钢比SKD61钢的热龟裂性好得多。

最近，为提高大型模具的心部韧性，对淬透性加以改善的H11系钢DHA-WORLD、5%Cr-高Mo钢DH31-EX钢等（大同品牌）相继得到了开发，进一步扩大了使用范围。

      图1-3  热作模具钢的耐热龟裂性比较

3、韧性的改善

压铸模损伤形式中约78%是热龟裂，约8%是大开裂。压铸模出现热龟裂时可通过修补继续使用，而有时发生大开裂会导致模具失效，所以韧性的改善是至关重要的课题。

改善韧性有两种方法。其中一种是重熔精炼，尤其是利用ESR（Electro Slag Remelting）重熔精练可大幅度提高纯净度，细化显微组织，从而提高冲击韧度并降低其偏差。所谓ESR重熔精练，是将经一次熔炼后凝固的钢锭，在水冷结晶器中靠电渣电阻热再次将其逐渐熔化精炼，并急冷凝固方法，因此也称为电渣重熔重熔精炼。它可以使材料在整个长度和断面上获得纯净无偏析组织。将SKD61钢与其ESR钢材（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1-4所示。为评价数据的分散性而采用韦伯分布表示，观察其特点可发现，ESR钢材的平均冲击韧度提高了1.5倍，并且其数据的分散性显著降低。另一种方法是淬火，模具冷却时，在从奥氏体化降到900℃的过程中，如果晶界上析出碳化物，则会降低韧性。当500℃以下的冷却速度较缓慢时，会发生贝氏本转变，此组织经高温回火后其韧性比回火马氏体有大幅度下降。这是因为发生贝氏体转变的组织比刀氏体粗大，板条宽度（针壮贝氏体组织的宽度）变大，使冲击裂纹容易扩展。也有用半冷却时间等概念研究此类淬火速度影响的论著。

  图1-4  冲击韧度的韦伯分布（SKD61和DHAL-ES）

为解决此类问题，以油粹-取出冷却为基本方式的HIT热处理法等得到了应用，并与前述DH31系长寿命钢想配合，有效地防止了开裂。此外，通过对上部和下部温度区间冷却速度和影响，其有关内容如图1-5所示。鉴于550℃以上的冷却速度影响较上，所以先急冷至550℃，然后对其下部温度区间的冷却速度进行改变，显现出较大影响。由此得知下部温度区间冷却速度的影响几乎占整体70%-80%。基于这些研究结果，目前针对压铸模的各种淬火方法纷纷得到了开发应用。

  图1-5 淬火冷却速度对SKD61钢冲击韧度的影响