在全球制造業向綠色、高效轉型的背景下，鑄造行業作為關鍵技術環節，正面臨資源節約與可持續發展的新要求。博樂作為模具鋼、高速鋼及特種材料的全球重要供應商，鋼材廣泛應用于多個行業（見圖1），始終致力于通過材料創新推動行業進步。

圖1：展示了不同應用領域的博樂鋼材。除了傳統的模具鋼和高速鋼領域外，博樂還服務于航空航天、汽車、石油天然氣、能源等多個領域。

本文將重點介紹博樂在鋁合金壓鑄用熱作模具鋼領域的前沿探索與產品方案，助力客戶實現更可靠、更經濟的壓鑄生產。

一、博樂熱作模具鋼——解決方案與工藝創新

自1890年起，博樂便深耕于模具制造與機械加工所需鋼材，這兩個領域構成了博樂的技術與歷史根基。我們始終致力于模具鋼的研發，不斷樹立行業冶金標準，并擁有多項專利技術與注冊商標。借這些與應用緊密相關的材料解決方案，博樂得以在國際競爭中脫穎而出，形成了獨特的差異化優勢。圖2所示的鋁合金壓鑄用熱作鋼產品組合，正是這種創新精神的具體體現。

圖2：博樂的熱作模具鋼產品組合概覽，適用于鋁壓鑄。

1、性能要求與博樂材料特性

熱作模具鋼因其合金成分及其由此產生的使用性能而著稱。由于承受不同的負荷，壓鑄對模具材料提出了特殊挑戰。考慮到高溫負荷和液態金屬的化學侵蝕作用，熱作模具鋼必須具備高熱強度、良好的抗熱疲勞性、韌性和耐液態金屬腐蝕性。這些要求可以通過碳、鉻、鉬、釩合金化的模具鋼來滿足。這類鋼具有回火馬氏體結構（見圖3），由回火馬氏體基體和嵌入其中的納米級特殊碳化物組成。

圖3：a） 熱作模具鋼在回火狀態下的光學顯微照片，其特征為微觀均勻且無缺陷的回火馬氏體。b） 回火熱作鋼蝕刻磨削樣品的對比掃描電子顯微照片，在亞微觀尺度上，除針狀馬氏體結構外，還可識別出碳化物。這些碳化物是即二次硬化特殊碳化物，根據合金成分，可為熱作鋼提供38 - 60 HRC的硬度。

這種組織結構保證了在保持良好韌性的同時具有高（熱）硬度。博樂的典型產品包括圖2所示的BOHLER W300 ISOBLOC和BOHLER W302 ISOBLOC，均具有良好的硬度、韌性和抗裂紋擴展性能的平衡特性。

2、典型失效與博樂解決方案

應力裂紋：模具鑲塊和小尺寸模具經常由于應力裂紋而失效，可以使用BOHLER W403 VMR、BOHLER W400 VMR來解決。通過真空電弧重熔（VLBO），可以獲得更高的純凈度以及與此相關的更高韌性和疲勞強度。

熱裂紋：另一個在鋁壓鑄中常見的損傷形式是熱裂紋。根據模具尺寸，在這種情況下，BOHLER W350 ISOBLOC和BOHLER W403 VMR可作為解決方案。

高溫軟化：對于承受高溫負荷的鑲件和鑄銷，需關注熱作模具鋼的熱強度。BOHLER W360 ISOBLOC可實現高達58 HRC的高熱硬度，同時保持至少10 J的沖擊韌性值（根據NADCA標準的Charpy - V）。

鑒于這些材料的合金成分，鋼種在凝固過程中，鉻、鉬、釩和碳等合金元素容易出現偏析現象，即成分分布不均勻。因此，必須選擇適當的生產工藝，使熱作模具鋼具有均勻分布的合金元素，否則材料將在截面上呈現出不同的機械性能。這需要通過特殊的冶金工藝，如電渣重熔（ESR）和真空電弧重熔（VLBO）來實現。

二、博樂冶金——與時俱進的鋼鐵制造

熱作模具鋼的性能高度依賴于其成分均勻性與組織純凈度。博樂采用全流程可控的冶金工藝：

- 原料采用回收廢鋼與純合金，在100%可再生能源供電的電弧爐（ELO）中熔煉；

- 經真空氧脫氣（VOD）裝置精煉后，采用電渣重熔（ESR）或真空電弧重熔進行二次精煉；

- 其中，真空電弧重熔在真空環境下進行，可有效去除氣體及夾雜物，實現鋼材極高的純凈度與疲勞性能。

這些工藝保障了即便在大截面尺寸下，材料仍保持均勻的力學性能與穩定的服役表現

圖4：重熔原理示意圖。a） 真空電弧重熔（VLBO） 和 b） 電渣重熔（ESR）。在這兩種情況下，均使用100%可再生能源生產的電力，制造出均勻純凈的熱作模具鋼。

三、博樂創新——應用于壓鑄發展

1、壓鑄模具熱裂紋失效機制及措施

壓鑄模具部件常因熱裂紋損傷而失效，其根本原因在于鋼材的熱疲勞。金屬受熱膨脹，而模具結構限制其自由膨脹，因此在周期性溫度變化下產生交變應力。當該應力超過材料疲勞強度時，會在夾雜物等缺陷處萌生微裂紋，并逐漸擴展為熱裂紋網絡。

圖5：鋁壓鑄中熱裂紋損傷的典型損傷圖像。

這些裂紋的產生可以通過適當措施延遲或防止。一是通過真空電弧重熔等工藝提高鋼材純凈度，減少裂紋萌生點；二是優化材料在熱循環載荷下的力學響應。由于壓鑄過程中熱循環次數極高，材料應具備良好的韌性及塑性變形能力，以延緩或阻止裂紋擴展。

為深入研究熱作模具鋼在周期性熱載荷下的疲勞行為，博樂與奧地利鑄造研究所（ÖGI）共同采用專門的測試方法，對材料在不同載荷場景下進行評估。其中，激光閃光法能夠貼近實際工況地描述材料抵抗熱裂紋形成的能力。圖6比較了不同熱作模具鋼在180°C至600°C之間經過11,000次循環加熱和冷卻后的裂紋密度。結果表明，韌性回火狀態更有利于提高抗熱裂紋能力，而經VMR重熔的博樂熱作模具鋼則能進一步延緩熱裂紋的萌生與擴展。

圖6：利用激光閃光法對不同熱作模具鋼的熱裂紋抗力進行比較評估。

2、大型壓鑄技術挑戰

目前大型壓鑄所帶來的另一個技術挑戰是大尺寸模具在熱處理方面的挑戰。尤其在厚截面或深腔部位，淬火后容易形成韌性較低的貝氏體甚至珠光體組織，而非理想的淬火回火馬氏體組織。這在大尺寸模具的中心區域尤為常見。

為此，博樂開發了BOHLER W350 ISOBLOC材料，針對大尺寸的模具，其均衡的合金成分也能保證其高韌性和與更好的熱穩定性。使得模具具備硬度-韌性的優化組合，適合于各種熱作應用領域。

這些創新實踐，正是博樂應對鋁壓鑄技術挑戰、致力于提供定制化應用方案的生動體現。

四、博樂展望——可持續發展的特殊鋼

除了傳統模具鋼的研發與應用技術，各領域客戶亦日益關注特殊鋼的可持續生產，包括減少碳排放與節約資源。在這一領域，博樂同樣是值得信賴的合作伙伴。

博樂自2019年起，模具鋼生產已全面采用100%可再生能源電力。同時，我們致力于提升材料回收利用率——例如BOHLER W300 ISOBLOC的回收率已達85.2%，通過減少對高碳足跡原材料的依賴，顯著降低了整體碳足跡。我們的長期目標是在2050年前將二次原材料使用率提升至80%，從而向碳中和特殊鋼生產邁出關鍵一步。

博樂不僅提供高品質模具鋼，更致力于為行業轉型提供可持續、高性能的材料解決方案。我們期待與您攜手，共同推進鑄造技術的未來發展。

BOHLER——SPECIAL STEEL FOR THE WORLD'S TOP PERFORMERS

本文基于voestalpine BÖHLER Edelstahl GmbH & Co KG的Christoph Turk、Miloslav Ognianov 和 Andreas Keplinger 的技術文章《Formenstähle für die Besten der Welt》改編整理。

如您希望深入了解博樂更多創新解決方案，歡迎7月15-17日蒞臨上海壓鑄展N4C21展位。博樂的技術團隊將在現場與您面對面交流，分享實戰經驗，并針對您的具體需求提供專業建議。

關于博樂中國

博樂（BOHLER），1870年誕生于奧地利，是全球先進工模具鋼、高速鋼和特種鋼材的專業生產和供應商，擁有國內外300多項專利，生產超過200余種鋼種，為沖壓、壓鑄，塑膠以及切削刀具、3D打印等廣泛的工業應用領域提供專業支持。如今，博樂的服務網絡輻射中國大江南北，以上海為母公司，在成都、佛山兩地設立分公司，同時也在天津、蘇州、大連設立辦事處，旨在為全中國的客戶提供世界一流的工模具鋼材料、鋼材加工增值服務和技術咨詢服務。

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