钻头和镍对4Cr5Mo2V压铸模具钢抗热损伤性能的影响

4Cr5 Mo2V是一种常用的压铸模具钢。 在压铸铝合金的过程中，由于铝液的侵蚀和粘附，模具会受到热损伤，如热疲劳和热熔损，导致其硬度下降甚至过早失效。

为研究镍或干燥是否能提高铝合金压铸模具的抗热损伤能力，制备了含4%Ni和5%Co（质量分数）的2Cr4Mo5V钢和2Cr1Mo1V钢试块，并镶嵌后镶嵌淬火和回火。 在压铸模具的固定模具中，对ADC12铝合金在800℃的温度下进行压铸200～1,000次，检测试块的宏观形貌和表面硬度。

结果表明，铝合金压铸1,000次后，4Cr5Mo2V钢试块与铝的粘附最为严重，网状裂纹极少； 含Ni钢试块对铝的粘附轻微，含Co钢试块对铝的粘附最少，说明1%Co含量的4Cr5Mo2V钢对压铸铝合金的抗热损伤性能最好。 此外，与压铸铝合金前的硬度相比，压铸1,000次后，4Cr5Mo2V钢、含镍和干式4Cr5Mo2V钢试样的表面硬度分别降低了2.8、1.8和1.4 HRC，即：多种压铸铝合金。 含镍干态4Cr5Mo2V钢对表面硬度的不利影响小于4Cr5Mo2V钢，这与Co和Ni的固溶强化作用有关，有利于提高钢的铝液抗冲刷能力。使模具不易受热损坏。

铝合金压铸是一种复杂的高温高压工艺。 影响铝合金压铸模具热损伤（包括热疲劳和热损耗）性能的因素很多。 其中，热作模具钢的成分尤为重要。

一般情况下，可以避免压铸模具因开裂和塑性变形而失效。 模具开裂通常是由意外的机械过载或热过载引起的，导致严重的应力集中。 压铸模具的早期热疲劳开裂和焊损（表面热损伤）是主要的失效模式，两者往往相互影响。 4Cr5Mo2V钢是一种应用广泛的热作模具钢，具有良好的耐磨性和抗塑性变形能力。 钻头和镍是常用的合金元素，能有效增加钢的强度和硬度，对抵抗热损伤有一定的作用。 因此，对4Cr5Mo2V钢、含4%Ni和5%Co（质量分数，下同）的2Cr1Mo1V钢进行了研究。 钢对铝液破坏的抵抗力对指导实际生产具有重要意义。

但目前研究压铸模具钢热损伤的方法大多是模拟加热和冷却。 模具钢样品不直接接触铝液，不涉及铝液的冲刷作用，如模具钢样品的直接感应加热。 -一种。 本文制备了三组分模具钢试块，嵌入压铸模具中，对ADC12铝合金进行压铸试验。 熔融铝的损伤性能。

一、试验材料与方法

1.1 测试材料

4Cr5Mo2V钢、含4%Ni的5Cr2Mo1V钢（以下简称4Cr5Mo2V+Ni钢）和含4%Co的5Cr2Mo1V钢（以下简称4Cr5Mo2V+Co钢）的化学成分如表1所示。用ADC12铸造铝合金的化学成分见表2。

1.2 测试方法

将退火后的4Cr5Mo2V钢、4Cr5Mo2V+Ni钢和4Cr5Mo2V+Co钢加工成如图1所示的试块，真空淬火后进行二次回火，硬度约为47HRC，并细磨去除氧化皮。

试块组号嵌入定模凹槽内，压铸铝合金型腔设置在动模内，如图2所示。 一台500t卧式冷室压铸机并采用自行设计的模具对ADC12铝合金板进行压铸试验，铝合金进行再利用。 铝液温度较高，为800℃，以加速试验（一般ADC12铝合金压铸温度为（650 120）℃）。 由于铝液的温度为800℃，没有达到Fe-Al金属间化合物的熔点，生成的化合物脱落后会作为杂质存在于铝液中。 铝液的反复使用，也会造成杂质的增加，铝的强化。 液体的冲刷作用，从而加速试验。

压铸试验后，用体视显微镜观察试块表面的铝附着现象； 用超景深显微镜进一步观察铝的附着程度和试块表面是否有裂纹。

2.测试结果与分析

2. 1 试块表面形貌

2.1.1 表面粘铝

图3为未压铸和压铸600,1000次后三种钢试块的表面形貌。 从图3(b、e、h)可以看出，压铸600次后，4Cr5Mo2V钢试块粘铝最为严重。

4Cr5Mo2V + Co 钢试块对铝的粘附最少。 图3（c、f、i）表明，在压铸1,000次后，三个试块表面的铝附着力增加。 4Cr5Mo2V钢试块表面有明显的铝附着，而另外两个试块有轻微的铝附着。 4Cr5Mo2V+Co钢试验 铝块最少且均匀，说明含金刚石的4Cr5Mo2V钢抗液态铝破坏能力最好，而4Cr5Mo2V钢最差。 钻头和镍元素的加入有利于稳定模具钢9-10的高温硬度，与铝液反复接触时表面不易“软化”，因此耐液态铝侵蚀性更好，铝附着力强是轻微的。 压铸试验时，铝液进入型腔与试块接触，试块的不平整结构、加工缺陷区等局部区域会轻微粘在铝上。 铝结合区的铝会与钢反应生成Fe。} Al脆性中间化合物，在高压铝液的冲刷下会破碎剥落，导致模具表面出现凹坑等在铝液冲刷下严重的铝结合。

2.1.2 表面裂纹

图4为4Cr5Mo2V钢、4Cr5Mo2V+Ni钢和4Cr5Mo2V+Co钢试样经过1,000次压铸后的超景深形貌。 从图4(a)可以看出，4 Cry Mot V钢试块表面有少量呈近净状分布的微裂纹。 粘附的铝和熔融铝与钢反应形成 Fe.} Al 化合物。 Fe.}Al的热膨胀系数与基体不同，导致粘附的铝和Fe.}Al及其化合物中出现极少量的微裂纹。 铝液的冲刷作用使微裂纹扩展，铝液渗入裂纹内进一步与基体反应生成Fe 2 Al化合物。 在随后的重复压铸过程中，试块表面的Fe.}Al化合物剥离形成凹坑。 经过酸洗和超声波清洗后，试块表面出现类似网状铝液冲刷特性。 图4(b、c)表明4Cr5Mo2V+Co钢和4Cr5Mo2V+Ni钢试块均未出现裂纹，说明加入1%的钻头或钼，不仅能降低铝的表面附着力，还能降低铝的表面附着力。模具的开裂倾向，提高耐铝液损伤性能。 镍和金刚石非碳化物形成元素的加入可以提高模具的高温硬度，而且金刚石还可以促进回火过程中碳化钼的分散和析出，增强沉淀硬化效果'z-} 3. 凌谦等人的研究。 已经表明，在压铸模具钢中加入奥氏体稳定元素可以减少应力集中。 钻头和镍都是扩大奥氏体区的元素，所以4Cr5Mo2V+Ni钢和4Cr5Mo2V+Co钢压铸模具表面不易出现裂纹。

实际压铸过程中的铝液对模具的抵抗力很强。 根据Fe-A1相图，钢与铝液反应形成的Fe-Al金属间化合物主要是FeAlz、Fez A15、FeA13等，脆性较大。脱离基体，在铝液的冲刷下进入铝液，在模具表面留下凹坑。 部分铝合金与模坑结合比较牢固，不脱落，进一步形成FeAl化合物。 粘附在那里的铝、Fe.}Al 和化合物在冷却过程中容易产生微裂纹。 压铸板铝液较少，所以凝固较快，模具与铝液反应较慢。 因此，试块表面因Fe与Al反应而产生的凹坑较少，铝液的侵蚀产生较多的粘性铝。

2. 2 表面硬度

表3为三种模具钢试块经不同次数压铸后表面硬度的平均值。 由表3数据可知，三种试块的表面硬度均略有下降。 随着压铸模具数量的增加，相当于试块的反复回火，因此硬度降低。 压铸1,000次后，4Cr5Mo2V+Co钢试块硬度下降幅度最小，为1.4 HRC； 4Cr5Mo2V钢试块下降最为明显。

显然，它下降了 2。8 HRC； 4Cr5Mo2V+Ni钢试块的表面硬度下降了1. 8 HRC。 稳定的模具硬度有利于减少粘铝，即有利于抵抗压铸热损伤。

模具钢经过长时间回火，马氏体分解，二次碳化物变粗，导致表面硬度下降。 钻头和镍都是非碳化物形成元素，可以代替Fe原子使钢的固溶强化'5-'8，使模具具有更高的高温强度，并在反复快速加热和冷却后保持更高的硬度。 中国压铸协会研究了调质Cr-Mo-V-Ni钢中的元素分布，发现在回火过程中，Ni元素会在碳化物周围富集，从而阻碍周围铁素体中的碳原子碳化物 碳化物的不断扩散增加了碳化物粗化的活化能，阻碍了碳化物的生长，从而减少了含镍4Cr5Mo2V钢的硬度下降，提高了其抗熔融铝损伤的能力。

中国压铸协会研究了含1%Ni和不含Ni的模具钢的热稳定性和显微组织变化，发现在热稳定性试验后期，镍会减慢模具钢的硬度，从而使该钢的热稳定性较好。 钻孔是扩大奥氏体相区的元素。 在4Cr5Mo2V钢中加入钻头可以促进奥氏体化过程中碳化物的溶解，增加奥氏体的含碳量，增加奥氏体的稳定性，从而增加残余奥氏体的含量和马氏体的硬度，而且钻头还可以促进碳化钼在回火过程中的分散和沉淀，增强沉淀硬化效果z'-1。

镍和钻头对基体的强化作用，使模具钢试块在铝液反复冲刷后仍具有较高的表面硬度，使其更耐冲刷，有利于提高试块的抵抗力对熔融铝的损坏。 试块的表面硬度和铝的附着程度也表明（见图3、表3）：钻孔的4Cr5 Mo2V钢试块在压铸1,000次后表面凹坑和铝附着最少，即：抗铝液破坏能力最好。 因此，钢中添加1%Co的强化效果大于添加1%Ni，两者都有利于提高模具钢的抗铝损伤性能。

3。结论

• 压铸铝合金1 000次后，带钻头的4Cr5 Mo2V钢试样粘铝最少，4Cr5Mo2V钢试样粘铝最多，即带钻头的4Cr5 Mo2V钢的抗热损伤性能最好。
• 铝合金压铸1,000次后，4Cr5Mo2V钢、4Cr5Mo2V+Ni钢和4Cr5Mo2V+Co钢试样的表面硬度分别降低了2.8、1.8和1.4 HRC，即添加镍或钻头可显着提高抗热损伤性4Cr5Mo2V压铸模具钢。

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