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)，得到很廣的應(yīng)用。其中壓鑄鑄件特別大的市場(chǎng)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(shí)現(xiàn)高效、安全、節(jié)能、舒適、環(huán)保的途徑。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?zèng)_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只靠模具材料的應(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(duì)壓鑄模具高效率、高精度和高壽命的要求。
1、壓鑄模具失效形式：
    壓鑄模工作時(shí)與高溫的液體金屬接觸，不單受熱時(shí)間長(zhǎng)，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(dòng)的高速?zèng)_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(jì)，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。
1.1疲勞裂紋：
    熱疲勞裂紋是壓鑄模常見的失效形式，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、顯微組織均勻的高質(zhì)量的模具鋼有較高的熱疲勞抗力。
1.2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(shí)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，使裂紋頂部的應(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(duì)應(yīng)的非常重要的力學(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。
1.3溶蝕或沖蝕
    熔融的金屬液以高壓、高速進(jìn)入型腔。對(duì)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(duì)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。

2、影響熱疲勞的因素
3.1模具溫度影響
    壓鑄時(shí)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，其溫度上限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(shí)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(duì)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很廣的應(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，等向性好的鋼。國外質(zhì)量好的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。
3、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_后續(xù)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(duì)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。
4、壓鑄模表面強(qiáng)化處理
    對(duì)壓鑄模具進(jìn)行表面處理是延長(zhǎng)模具壽命的有效、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、優(yōu)化模具設(shè)計(jì)及壓鑄工藝
    減少模具上尖角、拐角的地方，合理使用材料，規(guī)范加工和熱處理工藝。模具的氮化處理要控制模具的表面硬度HV，>600，氮化層深度達(dá)到0．12～0．2mm。正確的預(yù)熱模具，優(yōu)化模具以改進(jìn)內(nèi)部冷卻，使模具獲得均勻熱平衡效果，使模具維護(hù)穩(wěn)定較低的溫度，合理噴涂涂層，涂層對(duì)延緩熱疲勞裂紋有重要意義，提高模具壽命和效益。模具壓力加工是機(jī)械制造的重要組成部分，而模具的水平、質(zhì)量和壽命則與模具表面強(qiáng)化技術(shù)息息相關(guān)。壓鑄模的工作條件極為復(fù)雜和惡劣，影響模具失效的主要是熱疲勞。我國鋁壓鑄模技術(shù)有了一定的發(fā)展，但與國外先進(jìn)水平相比差距很大，其中模具壽命尤為突出。國外可達(dá)到8～15萬模次，國產(chǎn)模具壽命一般在4—8萬件之間，平均6萬件，模具壽命短，直接導(dǎo)致生產(chǎn)效率的下降和產(chǎn)品成本的提高。模具工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，模具工業(yè)的發(fā)展水平是衡量國家工業(yè)水平及鑄件開發(fā)能力的標(biāo)志，從而采用延長(zhǎng)壓鑄模使用壽命地特別好的措施，這將對(duì)降低生產(chǎn)成本提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要地現(xiàn)實(shí)意義。