一種模具用鋼和模具的制作工藝流程
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模具用鋼和模具的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及在高溫強度和導熱性能兩方面均優異的壓模鋼（die steel)和模具鋼 (mold steel)，以及模具。
【背景技術】
[0002] 如注射成型用模具、壓鑄用模具和熱壓（也稱作熱沖壓或模壓淬火）用模具等用 于樹脂、橡膠等的模具，常規地一般通過以下來生產：將鋼熔融以形成其錠，其后使錠進行 鍛造和乳制以形成塊狀（block)或扁平的矩形材料，將該材料機械加工成模具的形狀，然 后給其施以如淬火和回火（quenching and tempering)等熱處理。
[0003] 對于這些模具通常采用的技術是在模具壁內形成冷卻回路（水冷卻線）并使冷卻 水由此穿過，從而使模具冷卻。
[0004] 在此類模具中，提高用冷卻水冷卻的效率使得循環時間減少，即產品的快-循環 生產（成型），并且這導致生產效率的改進。
[0005] 提高冷卻效率的直接方法是將冷卻回路設置在更接近于模具的成型表面（設計 表面）。
[0006] 然而，該方法具有下列缺陷。由于冷卻回路與成型表面之間的距離減小和由于較 強熱應力的產生，使得模具傾向于發展出嚴重裂紋（通過從水冷卻回路至成型表面的裂紋 擴展（crack propagation))，這是模具壽命縮短的成因。
[0007] 因此，在當冷卻回路設置在更接近于成型表面時的情況下，當然會有局限。
[0008] 另一可能的方法可以為其中沿所有方向復雜蜿蜒運行的冷卻回路在模具壁內形 成，從而通過調整冷卻回路的整體形狀、布局等來提高冷卻能力的方法。然而，在其中借助 機械加工生產模具的任何方法的情況下，形成具有此類復雜形狀的冷卻回路在技術上是不 可行的。
[0009] 在此類情況下，近來專注于通過疊層制造 （additive manufacturing)(三維疊層 制造）來制造模具的技術。
[0010] 疊層制造是通過材料的累加將三維模型數據轉換成實物的加工技術。在疊層制造 中，首先將由三維計算機輔助設計（CAD)數據表示的形狀沿垂直于預定軸的多個面切片， 并且計算所得薄片的截面形狀。這些薄片的形狀是實際形成的，并且將形成的薄片堆疊并 接合在一起，從而將計算機表示的形狀轉換成實物。
[0011] 在疊層制造中，存在將粉末用作材料的情況和將板用作材料的情況。
[0012] 在其中將粉末用作材料的方法中，粉末均勻鋪展成層（各層具有例如幾十微米的 厚度），并且粉末層的某些區域用熱能照射，例如用電子束的激光束照射，從而使粉末層熔 融/凝固或燒結。各層由此逐層疊加，從而制造完整的形狀。
[0013] 同時，在其中將板用作材料的疊層制造中，由CAD中的三維模型數據的切片產生 的各個部件（板）實際通過機械加工等生產，并且這些部件通過例如擴散接合來疊加并接 合在一起，從而制造完整的三維形狀。
[0014] 借助這些疊層制造技術的模具生產的實例，例如公開于專利文獻1和2中。
[0015] 具體地，專利文獻1公開了關于"選擇性激光燒結用金屬粉末，通過使用其的三維 形狀物體的制造方法，以及由其獲得的三維形狀物體"的發明。其中公開了如下特征：通過 用光束照射包括析出硬化型金屬成分的粉末材料層的預定部位，從而使預定部位的粉末燒 結或使其熔融并隨后固化來形成固化層，并且通過在所得固化層上新形成粉末層，然后用 光束照射新的粉末層的另一預定部位來形成另一固化層，這些步驟重復進行，由此生產三 維形狀物體。
[0016] 專利文獻2公開了關于"模具用壓模嵌入塊，模具用嵌入塊的制造方法和樹脂成 型模具"的發明。其中公開了如下特征：內部具有螺旋冷卻通道的壓模嵌入炔基于冷卻通 道的切片數據通過加工在多個金屬板的每一個中形成冷卻通道的凹槽，以規定的順序層壓 經凹槽加工的金屬板，將層壓的金屬板擴散接合，并且將通過擴散接合獲得的金屬塊成形 加工來生產。
[0017] 上述疊層制造的技術為通過將材料疊加制造完整形狀，且能夠容易地形成沿所有 方向蜿蜒運行且完全不能通過機械加工來形成的復雜的冷卻回路的技術。結果，在無需在 模具的成型表面附近不必要地設置冷卻回路的情況下，可有效地提供比通過傳統的機械加 工生產的模具更高的冷卻效率。
[0018] 迄今，馬氏體時效鋼（maraging steels)和析出硬化型不銹鋼已用作需要具有高 溫強度的模具用材料。
[0019] 也在專利文獻1中，馬氏體時效鋼或析出硬化型不銹鋼的粉末因而用作模具用材 料。
[0020] 盡管此類包括馬氏體時效鋼和析出硬化型不銹鋼的鋼對于模具具有充分的高溫 強度，但存在的問題在于，由于這些鋼的母相含有大量如Si、Cr、Ni和Co等易于形成固溶體 的元素，因此這些鋼具有低的導熱性能（低的導熱系數）。
[0021] 通過疊層制造生產的模具具有的優勢在于，具有自由設計的復雜形狀的冷卻回路 可設置于其中，并且結果甚至可使得通過使用馬氏體時效鋼或析出硬化型不銹鋼作為材料 所生產的模具由于通過疊層制造形成的具有復雜形狀的冷卻回路的形狀效果而具有提高 的冷卻效率。然而，由于材料本身具有低導熱系數，因此難以將冷卻效率提高至充分的水 平。
[0022] 當然，在不通過疊層制造而通過傳統的通用生產方法由其生產模具的情況下，冷 卻（熱交換）效率變得更加不充分。
[0023] 同時，作為具有高導熱性能（具有高導熱系數）的鋼，存在碳鋼和機械結構用途用 鋼等。這些鋼顯示高導熱性能，這是由于在母相中如Si、Cr、Ni和Co等易于形成固溶體的 元素的含量低和由于這些鋼是低合金鋼。
[0024] 然而，這些鋼具有低的高溫強度，并且具有由其生產的模具具有短壽命的問題。
[0025] 即，迄今為止，無論模具是否通過疊層制造來制造，還未提供能夠給出在高溫強度 和導熱性能兩方面均具有充分性能的模具的模具用鋼。
[0026] 作為可能與本發明相關的現有技術，專利文獻3公開了關于"具有優異的熱疲勞 性質的壓模鋼"的發明。其中公開了下述特征：減少作為合金元素的Si和Cr的添加量，并 且平衡其它合金組分，從而獲得導熱系數的增大和抗軟化性的提高。
[0027] 作為另一現有技術，專利文獻4公開了關于"壓模用鋼"的發明。其中公開了下述 特征：適當平衡Si、Mn和Cr的添加量，從而將鋼的導熱系數有效調整為小于期望值的值且 充分確保機械加工性和沖擊值。
[0028] 作為另一現有技術，專利文獻5公開了關于"球化退火性質和淬透性優異的壓模 鋼"的發明。其中公開了下述特征：通過調整要添加至鋼的元素，將500kg以上的大型模具 所需的淬透性和球化退火性質賦予鋼。
[0029] 專利文獻3至5中記載的各種鋼的組分相對于它們權利要求中規定的化學組分的 范圍，可能與本發明模具用鋼的組分部分重疊。然而，其中沒有公開的實施例滿足本發明的 任一項權利要求，且專利文獻3至5的鋼與本發明的鋼實質上是不同的。
[0030] 另外，專利文獻3至5中記載的鋼不旨在用于疊層制造，且該用途在其中根本沒有 提及。
[0031] 專利文獻 I :W0 2011/149101
[0032] 專利文獻 2 JP-A-2OlO-IM72O
[0033] 專利文獻3 :日本專利No. 4, 992, 344
[0034] 專利文獻 4 :Ρ-Α-2〇11_94168
[0035] 專利文獻 5 :JP-A-2008-121032
【發明內容】
[0036] 在上述情況下，本發明的目的為提供模具用鋼，當模具通過疊層制造由其生產時 能夠獲得高的高溫強度和導熱性能二者。本發明的另一目的為提供模具用鋼，即使當將借 助加工錠獲得的材料不通過疊層制造而通過機械加工而生產模具時，所述模具用鋼也能夠 獲得高的高溫強度和導熱性能。本發明的進一步的目的為提供模具。
[0037] 根據本發明的模具用鋼為具有包含以質量％計的下述元素的組成的模具用鋼：
[0038] 0. 25%
[0039] 0. 01%
[0040] 0. 92% <Μη<1. 80%,
[0041] 0. 8%
[0042] 0· 8% <Μο〈1· 4%，和
[0043] 0. 25%
[0044] 余量為Fe和不可避免的雜質。
[0045] 根據本發明的模具用鋼可進一步包含以質量％計的：
[0046] 0· 1% <Α1〈1· 2%〇
[0047] 根據本發明的模具用鋼可進一步包含以質量％計的下述的至少任一種：
[0048] 0· 30%〈Ni 彡 3. 5%，和
[0049] 0· 30%〈Cu 彡 1. 5%。
[0050] 根據本發明的模具用鋼可進
一步包含以質量％計的：
[0051] 0· 0001%〈B 彡 0· 0050%。
[0052] 根據本發明的模具用鋼可進一步包含以質量％計的下述的至少一種：
[0053] 0. 003%
[0054] 0. 0005%
[0055] 0. 03%
[0056] 0. 005%
[0057] 0· 01%〈Bi < 0· 50%，和
[0058] 0· 03%〈Pb 彡 0· 50%。
[0059] 根據本發明的模具用鋼可進一步包含以質量％計的下述的至少一種：
[0060] 0. 004%
[0061] 0. 004%
[0062] 0· 004%〈Ti 彡 0· 100 %，和
[0063] 0· 004 %〈Zr 彡 0· 100 %。
[0064] 根據本發明的模具用鋼可進一步包含以質量％計的下述的至少任一種：
[0065] 0· 10% K 4. 00%，和
[0066] 0· 10%〈Co 彡 3. 00 % 〇
[0067] 根據本發明的模具用鋼可具有28W/m/K以上的通過激光閃光法評價的25°C下的 導熱系數。
[0068] 根據本發明的模具用鋼可用作用于通過疊層制造來制造模具的材料。
[0069] 在本發明中，所述材料可以為粉末或板。
[0070] 根據本發明的模具為通過使用根據本發明的模具用鋼借助疊層制造來制造的模 具。
[0071] 本發明的模具用鋼為與如馬氏體時效鋼和析出硬化型不銹鋼等傳統的高合金鋼 相比不添加如Si、Cr、Ni和Co等此類元素，或者以較少的量添加此類元素的低合金鋼，從而 實現提高的導熱系數。同時，本發明的模具用鋼具有與機械結構用途用鋼相比較高含量的 如Mn、Mo和V等元素，從而實現增強的高溫強度。本發明的模具用鋼結合了高的高溫強度 和高的導熱系數。
[0072] 另外，本發明的模具用鋼保持為整體上具有減少的合金元素添加量的低合金鋼。
[0073] 在用于通過疊層制造的模具生產中的假設下，本發明的模具用鋼中，作為為用于 改進淬透性的元素的Cr和Mo的含量，與其在適于通過刮削的模具生產的情況中的含量相 比已經減少。本發明的模具用鋼因而相應地處于低合金化狀態。
[0074] 例如，JIS SKD61包含5Cr和I. 5Mo,和JIS SKD7包含3Cr和3Mo。相反，本發明 的模具用鋼包含基于質量％的〇〈2.2%和此〈1.4%。
[0075] 此外，本發明中Si+Mn+Cr+Mo+V的總含量小于6. 2質量％，這比JIS SKD61和JIS SKD7中Si+Mn+Cr+Mo+V的含量低約3至4%。
[0076] 在疊層制造中，特別是，在其中使用粉末的疊層制造中，將熱能施加至均勻鋪展的 粉末的層，從而通過熔融/凝固或通過燒結使粉末硬化。
[0077] 在本操作中，高溫狀態如熔融狀態下的粉末迅速冷卻并且自動進行淬火。該淬火 在高冷卻速度下迅速進行。即，淬火與粉末疊層制造的各步驟順次且同時進行。
[0078] 由于如上所述淬火在高冷卻速度下進行，因此即使鋼已預先配混為具有減少含量 的作為鋼的組分的淬透性改進組分，鋼在通過疊層制造的制作期間也令人滿意地淬火。
[0079] 此外，本發明的模具用鋼具有高導熱系數，這是由于該鋼為低合金鋼。
[0080] 盡管適合用作疊層制造用材料，但本發明的模具用鋼還可用在其中由鋼錠通過借 助機械加工而由此形成模具形狀來生產模具的情況中。在該情況下，用于淬火等的熱處理 條件可根據所含元素來設定。
[0081] 由此獲得的模具由于鋼組成的特征而具有高的高溫強度和高導熱性能二者。
[0082] 根據本發明，可提供能夠獲得高的高溫強度和高導熱系數二者的模具用鋼和模 具。
【附圖說明】
[0083] 圖1為作為本發明的一個實施方案的壓鑄模具的截面圖，所述模具具有軸芯 (spool core)〇
[0084] 圖2為示出軸芯的磨耗狀態的圖。
【具體實施方式】
[0085] 以下，將詳細描述根據本發明的模具用鋼。根據本發明實施方案的模具用鋼包含 下述元素作為基本元素，余量由Fe和不可避免的雜質構成。以下解釋限制本發明中各化學 組分的含量的原因。各化學組分的含量值基于質量％給出。
[0086] 0. 25%
[0087] 在滿足0. 25%〈C的情況下，通過將借助加工錠獲得的材料機械加工而生產的模 具可通過熱處理實現模具所需的30-57HRC的硬度。處于通過疊層制造生產的狀態下的模 具也具有30-57HRC的硬度。此外，還在熱處理通過疊層制造獲得的模具的情況下，實現 30-57HRC的硬度。在C < 0. 25%的情況下，在通過任何生產工序生產的模具中，硬度是不 充分的。另一方面，在〇. C的情況下，導熱系數降低。
[0088] 0. 01%
[0089] 在Si彡0. 01 %的情況下，機械加工性大幅劣化。另一方面，在0. 30%彡Si的情 況下，導熱系數大幅減小。
[0090] 0. 92% <Μη<1. 80%
[0091] 在Mn彡0. 92%的情況下，當通過將借助加工錠獲得的材料機械加工而生產的模 具淬火時或當通過疊層制造生產的模具淬火時，淬透性不充分。另一方面，在1. 80% < Mn 的情況下，導熱系數降低。另外，在1. 80%彡Mn的情況下，當P的含量高時回火脆性發生。 更優選的范圍為0. 92%
[0092] 0. 8%
[0093] 在Cr彡0. 8%的情況下，耐候性不充分。此外，在Cr彡0. 8%的情況下，鋼具有藍 脆性且200°C至350°C下的延性降低。另外，在Cr < 0. 8%的情況下，當通過將借助加工錠 獲得的材料機械加工而生產的模具淬火時或當通過疊層制造生產的模具淬火時，淬透性不 充分。另一方面，在2. Cr的情況下，導熱系數降低。
[0094] 0. 8% <Μο<1. 4%
[0095] 在Mo < 0. 8%的情況下，當通過將借助加工錠獲得的材料機械加工而生產的模具 淬火和回火時或當通過疊層制造生產的模具回火（淬火后或不淬火）時，難以通過二次硬 化確保硬度，并且高溫強度也不充分。另一方面，在I. Mo的情況下，斷裂韌性值大幅 降低。
[0096] 0. 25%
[0097] 在V < 0. 25%的情況下，當通過將借助加工錠獲得的材料機械加工而生產的模 具淬火時或當通過疊層制造生產的模具淬火時，奧氏體晶粒的粗大化成問題。另外，在 V < 0. 25%的情況下，當通過將借助加工錠獲得的材料機械加工而生產的模具淬火和回火 時或當通過疊層制造生產的模具回火（淬火后或不淬火）時，難以通過二次硬化確保硬度， 并且高溫強度也不充分。另一方面，在〇. 58 % < V的情況下，這些效果趨于不再增強且成本 增加。
[0098] 另外，在0. 58%
[0099] 在本發明的鋼中，通常以下述量包含作為不可避免的雜質的下列組分。
[0100] 0 ^ N ^ 0. 05%
[0101] 0 ^ P ^ 0. 05%
[0102] 0 ^ S ^ 0. 003%
[0103] 0 ^ Cu ^ 0. 30%
[0104] 0 彡 Ni 彡 0.30%
[0105] 0 ^ Al ^ 0. 10%
[0106] 0 ^ W ^ 0. 10%
[0107] 0 ^ 0 ^ 0. 01%
[0108] 0 ^ Co ^ 0. 10%
[0109] 0 彡 Nb 彡 0.004%
[0110] 0 彡 Ta 彡 0.004%
[0111] 0 彡 Ti 彡 0.004%
[0112] 0 ^ Zr ^ 0. 004%
[0113] 0 ^ B ^ 0. 0001%
[0114] 0 彡 Ca 彡 0.0005%
[0115] 0 ^ Se ^ 0. 03%
[0116] 0 彡 Te 彡 0.005%
[
0117] 0 ^ Bi ^ 0. 01%
[0118] 0 ^ Pb ^ 0. 03%
[0119] 0 ^ Mg ^ 0. 02%
[0120] 根據本發明的模具用鋼可任選地包含除上述基本元素以外的選自下述元素 的一種以上的元素。即，根據本發明的模具用鋼可僅由基于質量％的〇. 25〈C〈0. 38、 0· 01〈Si〈0. 30、0· 92〈Μη〈1· 80、0· 8〈Cr〈2. 2、0· 8〈Μο〈1· 4 和 0· 25〈V〈0. 58,余量為 Fe 和不可 避免的雜質組成，但其可任選地包含選自具有如下所述含量的元素的一種以上的元素。
[0121] 0. 1%
[0122] 存在本發明的鋼在通過疊層制造的模具制作后進行淬火的情況。可引入0. 1質 量％
[0123] Al與N結合以形成A1N，并且產生抑制奧氏體晶粒間界的移動（即晶粒的生長） 的效果。
[0124] 由于Al在鋼中形成氮化物以有助于析出強化，因此Al進一步具有使滲碳鋼能夠 具有提高的表面硬度的功能。對于為了賦予模具較高的耐磨耗性而氮化的模具（包括構成 模具一部分的組件），包含Al的鋼材的使用是有效的。
[0125] 0· 30%〈Ni 彡 3. 5%，和 0· 30%〈Cu 彡 L 5%
[0126] 近年來，模具的大小由于模具組件和其整體的大小的增加而趨于增加。大模具難 以冷卻。為此，在由具有不良淬透性的鋼材制成的大模具淬火的情況下，淬火期間鐵素體、 珠光體或粗貝茵體的析出發生，從而使各種性質劣化。該問題的可能性可通過選擇性添加 Cu和/或Ni以增強淬透性來消除。具體地，該問題可通過引入下述的至少任一種來克服：
[0127] 0· 30%〈Ni 彡 3. 5%，和
[0128] 0.30%〈Cud 〇
[0129] Ni通過與Al結合從而使金屬間化合物析出而進一步具有提高硬度的效果。Cu通 過時效沉淀進一步具有提高硬度的效果。優選的范圍如下：
[0130] 0· 50%彡 Ni 彡 3. 0%，和
[0131] 0. 50%^ Cu ^ 1. 2%
[0132] 當以超過給定值的量含有各元素時，各元素可大幅偏析，導致對于鏡面拋光的適 用性降低。
[0133] 0. 0001%
[0134] B的添加作為改進淬透性的權宜之計也是有效的。具體地，B可根據需要以以下的 量引入：
[0135] 0. 0001%
[0136] 在形成BN時，B變得不顯示淬透性的改進效果。因此必須使B在鋼中單獨存在。 具體地，可使用其中使用具有比對B高的對N的親和性的元素以形成氮化物，從而防止B與 N結合的方法。此類元素的實例包括Nb、Ta、Ti和Zr。盡管這些元素即使當以雜質水平的 量存在時也具有固定N的效果，但存在下列情況：根據N的含量在下文將描述的范圍內的這 些元素的添加量是期望的。
[0137] 0. 003%
[0138] 由于本發明的鋼具有低的Si含量，因此該鋼顯示稍微不良的機械加工性?？捎糜?改進機械加工性的權宜之計可以為選擇性地添加 S、Ca、Se、Te、Bi和Pb。具體地，可添加下 述元素的至少一種：
[0139] 0. 003%
[0140] 0. 0005%
[0141] 0. 03%
[0142] 0. 005%
[0143] 0· 01%〈Bi < 0· 50%，和
[0144] 0· 03%〈Pb 彡 0· 50%。
[0145] 以超過給定值的量添加這些元素的每一種導致不進一步改進機械加工性，熱加工 性劣化，以及沖擊值和對于鏡面拋光的適用性降低。
[0146] 0· 004 %〈Nb 彡 0· 100 %、0· 004 %〈Ta 彡 0· 100 %、0· 004 %〈Ti 彡 0· 100 % 和 0. 004%
[0147] 在不期望的設備故障等發生導致升高的淬火用加熱溫度或者導致延長的淬火用 加熱時間的情況下，擔心由于晶粒粗大化導致各種性質的劣化。在此類情況下制備時，可使 用其中選擇性添加 Nb、Ta、Ti和Zr并且奧氏體晶粒的粗大化通過由這些元素形成的細沉淀 的作用而受到抑制的方法。具體地，可引入下述元素的至少一種：
[0148] 0. 004%
[0149] 0. 004%
[0150] 0· 004%〈Ti 彡 0· 100 %，和
[0151] 0· 004%〈Zr 彡 0· 100%。
[0152] 這些元素各自在以超過給定值的量添加時，產生過量的碳化物、氮化物和氧化物， 導致沖擊值和對于鏡面拋光的適用性降低。
[0153] 0· 10% K 4. 00%和 0· 10%〈Co 彡 3. 00%
[0154] 盡管增加 C的含量在增強強度方面是有效的，但C含量的過度增加由于碳化物量 的增加而導致性質（沖擊值和機械疲勞性）劣化。為了在不引起此類麻煩的情況下增強強 度，可使用其中選擇性添加 W和Co的方法。
[0155] W通過形成碳化物細沉淀來提高強度。Co通過在基材（base material)中形成固 溶體來提高強度，并與此同時，有助于通過變為碳化物的形式來沉淀硬化。具體地，可引入 下述的至少任一種：
[0156] 0.10% K 4. 00 % 和
[0157] 0· 10%〈Co 彡 3. 00 % 〇
[0158] 以超過給定值量添加各元素導致沒有進一步的性質改進，并且導致成本大幅增 加。優選的范圍如下：
[0159] 0· 30%彡 W 彡 3. 00%和
[0160] 0· 30%彡 Co 彡 2. 00%。
[0161] 實施例
[0162] 下面詳細描述本發明的實施例。
[0163] 分別具有表1所示的化學組成的17種鋼各自的粉末通過氣體霧化法來生產。將 該粉末用于通過三維疊層制造基于激光照射生產作為如圖1所示的壓鑄模具10的一部分 的軸芯12。該軸芯12具有形成于其內部的冷卻回路14。該冷卻回路14具有三維、螺旋、 復雜的形狀。
[0164] 在表1中，比較例1為熱加工用壓鑄鋼SKD61，比較例2為18Ni馬氏體時效鋼，比 較例3為馬氏體不銹鋼SUS420J2,以及比較例4為機械結構用途用鋼SCM435。
[0165] 盡管存在根據本發明的各實施例以不可避免的量包含雜質組分的情況，但雜質組 分未不于表中。
[0166] 表1 :化學組成（質量％ )(余量，Fe)
[0167]
[0168] 在圖1中，壓鑄模具10包括定模（fixed half) 16和動模（movable half) 18。作 為產品-成型用空間的模腔20和流道（runner) 22設置在模16和18之間，并且模腔20和 流道22在窄的澆口（gate) 24處彼此相連。
[0169] 軸芯12和柱塞26設置在位于鑄件最后凝固的位置的圓筒狀芯餅部（biscuit part) 28夾置于它們之間的位置。流道22從該芯餅部28延伸。
[0170] 軸芯12具有形成于其中的溝槽，并且該溝槽構成流道22的一部分。
[0171] 通過上述步驟獲得的軸芯12在350°C至650°C范圍內的溫度下加熱（回火或時效 (aging))，從而回火至43HRC。之后，工件通過機械加工成最終的軸芯形狀而精乳。該軸芯 12為135-噸壓鑄機器用軸芯。軸芯12在模具結構中的位置示于圖1。圖1為從側面觀察 的鑄造模具的結構的截面圖。
[0172] 鑄造的循環為合模、注射、壓模定時（die timer)、開模、產品取出、鼓風、脫模劑噴 霧和鼓風以該順序的重復（圖1示出壓模定時的階段）。
[0173] 首先，使動模18與定模16相接觸，從而使模具進入閉合狀態。結果，形成作為產 品-成型用空間的模腔20。在保持模具處于該狀態的同時，將鋁合金的熔體用桶（ladle) 注入套筒（sleeve) 30中并且用高速移動的柱塞26注射。
[0174] 注射的熔體穿過流道22并流過澆口 24,以液體
、液滴和/或霧狀物的形式進入模 腔20。這在想象噴水槍或噴霧器時是可容易理解的。模腔20很快填充有熔體。將壓力保 持施加至填充模腔20的熔體直至熔體固化。
[0175] 這是稱為壓模定時的階段，并且圖1示出該階段。在熔體已固化成產品時，將動模 18移動以打開模具。通過使用推出銷或操縱器將產品取出。由于已與高溫鋁合金接觸的模 具具有高溫，所以通過鼓風和脫模劑噴霧將該模具冷卻。上述步驟為壓鑄的一個循環。
[0176] 在這些階段中，對縮短壓模定時（熔體在模具內固化的階段）進行研究。在軸芯 12具有高冷卻能力的情況下，芯餅部28快速固化，因而，可縮短壓模定時。因此，可縮短整 體循環時間。從改進生產效率的觀點，循環時間的減少是非常優選的。
[0177] 在試驗中使用具有135噸的夾持力（clamping force)的壓鑄機。足夠長的壓模 定時（其中芯餅部28進入完全硬化狀態）一次縮短1秒，并且在開模時當芯餅部28固化 時將壓模定時評為可接受的，而當芯餅部28還未固化時評為不可接受的。評價最短的可接 受壓模定時。
[0178] 芯餅部28的形狀具有50mm(直徑）X 40mm的尺寸，并且軸芯12在水冷卻回路14 與表面之間的距離為15mm。熔體為具有730°C溫度的ADC12,并且壓鑄產品具有660g的重 量。還評價軸芯12在10, 000次鑄造后在其中是否觀察到相當大的磨耗。在軸芯具有不充 分的高溫強度的情況下，由于熔體流動引起的磨耗太明顯使得不能確保充分的模具壽命
[0179] 試驗結果示于表2。期望壓模定時應為10 [秒]以下并且磨耗以10, 000次鑄造后 的深度損失計應為小于〇. 2_。
[0180] 比較例1至比較例3的壓模定時長達12-14 [秒]。這是因為各種鋼具有低至23 [W/ m/K]以下的導熱系數，并且其中的熱交換困難。另一方面，這些芯軸12在10, 000次鑄造后 不具有明顯的磨耗。這是因為這些鋼具有充分的高溫強度。
[0181] 在其中導熱系數高達38 [W/m/K]的比較例4的情況下，壓模定時短至8 [秒]，這是 優選的結果。然而，由于低的高溫強度，使得在10, 〇〇〇次鑄造后觀察到明顯的磨耗。因此 認為，難以確保模具壽命。該軸芯的狀態示于圖2。在構成流槽22的一部分的溝槽M中，在 恪體的流動方向急劇改變的拐角k的周圍觀察到由磨耗造成的塌邊（shear droop)表面結 構。
[0182] 在根據本發明的13個實施例的每個實施例中，壓模定時極短至9[秒]以下。這 是因為各種鋼具有高達31 [W/m/K]以上的導熱系數且熱交換容易。此外，由于這些鋼具有 充分的高溫強度，因此在10, 〇〇〇次鑄造后在芯軸12中未觀察到明顯的磨耗。在比較例中 和在根據本發明的實施例中，未觀察到從水冷卻回路的裂紋。
[0183] 接下來，還對比較例1至比較例3進行了壓模定時是否能夠減少一半的研究。具 體地，生產其中水冷卻回路14與表面之間的距離減少至7. 5mm以促進熱交換的芯軸12,并 且在與表2所示相同的試驗條件下進行試驗。其結果示于表3。壓模定時減少至與表2所 示的根據本發明實施例相同的水平。其中水冷卻回路14設置在更接近于表面的模具結構 在縮短壓模定時方面非常有效。
[0184] 然而，在完成10, 000次鑄造前，從水冷卻回路14的裂紋到達表面而使壽命終止。 這是因為不僅裂紋穿透壁的距離已縮短，而且熱應力已增大。盡管實現了壓模定時的減少， 但在此類模具結構的情況下，壓鑄生產效率的改進困難（由于模具更換需要長時間）。此 外，盡管沒有達到10, 〇〇〇次，但如表2所示的試驗中在這些芯軸中未觀察到明顯的磨耗。
[0185] 表 2
[0186]
[0189] 如從上文給出的結果可看出，根據本發明的實施例在防止磨耗和水冷卻回路龜裂 從而確保模具壽命的同時，使得壓模定時能夠減少。在比較例中，為了確保模具壽命導致延 長的壓模定時，而縮短壓模定時使得不能確保模具壽命。根據本發明的實施例可兼得確保 的模具壽命和縮短的壓模定時的原因在于，鋼具有高的高溫強度和高導熱系數。
[0190] 盡管上文詳細描述了根據本發明的實施例，但這些僅為示例。
[0191] 結合高導熱系數和高的高溫強度的本發明的鋼除了適用于壓鑄用模具以外，還適 用于注射成型樹脂用模具。本發明的鋼當還用作例如鋼板熱壓（也稱為熱沖壓或模壓淬 火）用模具時顯現出高性能。在該情況下，即使當本發明的鋼不僅通過疊層制造而且通過 常規機械加工和熱處理應用于模具生產時，該模具在確保模具壽命和縮短循環時間方面也 比具有相同形狀且已通過相同方法制造的任何傳統鋼模具更有效。
[0192] 將由本發明的鋼形成的模具與表面改性（噴丸、噴砂、滲氮、PVD、CVD、鍍覆等）相 結合也是有效的。
[0193] 本發明的鋼還可用作棒或絲狀的焊接材料。具體地，通過疊層制造生產的模具或 通過將借助加工錠獲得的材料機械加工而生產的模具可通過使用由根據本發明的模具用 鋼構成的焊接材料來焊接而修復。在該情況下，要修復的模具的化學組成可與本發明的鋼 的范圍不同，或可在本發明的鋼的范圍內。在任一情況下，用由本發明的鋼構成的焊接材料 修復的部位具有由于本發明鋼的組分所顯現出的高的高溫強度和高導熱系數。
[0194] 在不偏離本發明精神的情況下，本發明中可進行其它各種修改。
[0195] 本申請基于2014年4月30日提交的日本專利申請No. 2014-093742,并將其內容 通過參考并入于此。
[0196] 附圖標iP,說明
[0197] 1〇壓鑄模具
[0198] 12 軸芯
[0199] 14冷卻回路
【主權項】
1. 一種模具用鋼，其具有包含以質量％計的下述的組成： 0. 25%
【專利摘要】本發明涉及模具用鋼和模具。本發明涉及模具用鋼和通過使用所述模具用鋼借助疊層制造來制造的模具，所述模具用鋼具有包含以質量％計的下述的組成：0.25％
【IPC分類】C22C38/24, C22C38/38
【公開號】CN105018851
【申請號】CN201510220065
【發明人】河野正道
【申請人】大同特殊鋼株式會社
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年4月30日
【公告號】CA2888695A1, EP2939763A2, US20150314366
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