在全球制造业向绿色、高效转型的背景下，铸造行业作为关键技术环节，正面临资源节约与可持续发展的新要求。博乐作为模具钢、高速钢及特种材料的全球重要供应商，钢材广泛应用于多个行业（见图1），始终致力于通过材料创新推动行业进步。

图1：展示了不同应用领域的博乐钢材。除了传统的模具钢和高速钢领域外，博乐还服务于航空航天、汽车、石油天然气、能源等多个领域。

本文将重点介绍博乐在铝合金压铸用热作模具钢领域的前沿探索与产品方案，助力客户实现更可靠、更经济的压铸生产。

一、博乐热作模具钢——解决方案与工艺创新

自1890年起，博乐便深耕于模具制造与机械加工所需钢材，这两个领域构成了博乐的技术与历史根基。我们始终致力于模具钢的研发，不断树立行业冶金标准，并拥有多项专利技术与注册商标。借这些与应用紧密相关的材料解决方案，博乐得以在国际竞争中脱颖而出，形成了独特的差异化优势。图2所示的铝合金压铸用热作钢产品组合，正是这种创新精神的具体体现。

图2：博乐的热作模具钢产品组合概览，适用于铝压铸。

1、性能要求与博乐材料特性

热作模具钢因其合金成分及其由此产生的使用性能而著称。由于承受不同的负荷，压铸对模具材料提出了特殊挑战。考虑到高温负荷和液态金属的化学侵蚀作用，热作模具钢必须具备高热强度、良好的抗热疲劳性、韧性和耐液态金属腐蚀性。这些要求可以通过碳、铬、钼、钒合金化的模具钢来满足。这类钢具有回火马氏体结构（见图3），由回火马氏体基体和嵌入其中的纳米级特殊碳化物组成。

图3：a） 热作模具钢在回火状态下的光学显微照片，其特征为微观均匀且无缺陷的回火马氏体。b） 回火热作钢蚀刻磨削样品的对比扫描电子显微照片，在亚微观尺度上，除针状马氏体结构外，还可识别出碳化物。这些碳化物是即二次硬化特殊碳化物，根据合金成分，可为热作钢提供38 - 60 HRC的硬度。

这种组织结构保证了在保持良好韧性的同时具有高（热）硬度。博乐的典型产品包括图2所示的BOHLER W300 ISOBLOC和BOHLER W302 ISOBLOC，均具有良好的硬度、韧性和抗裂纹扩展性能的平衡特性。

2、典型失效与博乐解决方案

应力裂纹：模具镶块和小尺寸模具经常由于应力裂纹而失效，可以使用BOHLER W403 VMR、BOHLER W400 VMR来解决。通过真空电弧重熔（VLBO），可以获得更高的纯净度以及与此相关的更高韧性和疲劳强度。

热裂纹：另一个在铝压铸中常见的损伤形式是热裂纹。根据模具尺寸，在这种情况下，BOHLER W350 ISOBLOC和BOHLER W403 VMR可作为解决方案。

高温软化：对于承受高温负荷的镶件和铸销，需关注热作模具钢的热强度。BOHLER W360 ISOBLOC可实现高达58 HRC的高热硬度，同时保持至少10 J的冲击韧性值（根据NADCA标准的Charpy - V）。

鉴于这些材料的合金成分，钢种在凝固过程中，铬、钼、钒和碳等合金元素容易出现偏析现象，即成分分布不均匀。因此，必须选择适当的生产工艺，使热作模具钢具有均匀分布的合金元素，否则材料将在截面上呈现出不同的机械性能。这需要通过特殊的冶金工艺，如电渣重熔（ESR）和真空电弧重熔（VLBO）来实现。

二、博乐冶金——与时俱进的钢铁制造

热作模具钢的性能高度依赖于其成分均匀性与组织纯净度。博乐采用全流程可控的冶金工艺：

- 原料采用回收废钢与纯合金，在100%可再生能源供电的电弧炉（ELO）中熔炼；

- 经真空氧脱气（VOD）装置精炼后，采用电渣重熔（ESR）或真空电弧重熔进行二次精炼；

- 其中，真空电弧重熔在真空环境下进行，可有效去除气体及夹杂物，实现钢材极高的纯净度与疲劳性能。

这些工艺保障了即便在大截面尺寸下，材料仍保持均匀的力学性能与稳定的服役表现

图4：重熔原理示意图。a） 真空电弧重熔（VLBO） 和 b） 电渣重熔（ESR）。在这两种情况下，均使用100%可再生能源生产的电力，制造出均匀纯净的热作模具钢。

三、博乐创新——应用于压铸发展

1、压铸模具热裂纹失效机制及措施

压铸模具部件常因热裂纹损伤而失效，其根本原因在于钢材的热疲劳。金属受热膨胀，而模具结构限制其自由膨胀，因此在周期性温度变化下产生交变应力。当该应力超过材料疲劳强度时，会在夹杂物等缺陷处萌生微裂纹，并逐渐扩展为热裂纹网络。

图5：铝压铸中热裂纹损伤的典型损伤图像。

这些裂纹的产生可以通过适当措施延迟或防止。一是通过真空电弧重熔等工艺提高钢材纯净度，减少裂纹萌生点；二是优化材料在热循环载荷下的力学响应。由于压铸过程中热循环次数极高，材料应具备良好的韧性及塑性变形能力，以延缓或阻止裂纹扩展。

为深入研究热作模具钢在周期性热载荷下的疲劳行为，博乐与奥地利铸造研究所（ÖGI）共同采用专门的测试方法，对材料在不同载荷场景下进行评估。其中，激光闪光法能够贴近实际工况地描述材料抵抗热裂纹形成的能力。图6比较了不同热作模具钢在180°C至600°C之间经过11,000次循环加热和冷却后的裂纹密度。结果表明，韧性回火状态更有利于提高抗热裂纹能力，而经VMR重熔的博乐热作模具钢则能进一步延缓热裂纹的萌生与扩展。

图6：利用激光闪光法对不同热作模具钢的热裂纹抗力进行比较评估。

2、大型压铸技术挑战

目前大型压铸所带来的另一个技术挑战是大尺寸模具在热处理方面的挑战。尤其在厚截面或深腔部位，淬火后容易形成韧性较低的贝氏体甚至珠光体组织，而非理想的淬火回火马氏体组织。这在大尺寸模具的中心区域尤为常见。

为此，博乐开发了BOHLER W350 ISOBLOC材料，针对大尺寸的模具，其均衡的合金成分也能保证其高韧性和与更好的热稳定性。使得模具具备硬度-韧性的优化组合，适合于各种热作应用领域。

这些创新实践，正是博乐应对铝压铸技术挑战、致力于提供定制化应用方案的生动体现。

四、博乐展望——可持续发展的特殊钢

除了传统模具钢的研发与应用技术，各领域客户亦日益关注特殊钢的可持续生产，包括减少碳排放与节约资源。在这一领域，博乐同样是值得信赖的合作伙伴。

博乐自2019年起，模具钢生产已全面采用100%可再生能源电力。同时，我们致力于提升材料回收利用率——例如BOHLER W300 ISOBLOC的回收率已达85.2%，通过减少对高碳足迹原材料的依赖，显著降低了整体碳足迹。我们的长期目标是在2050年前将二次原材料使用率提升至80%，从而向碳中和特殊钢生产迈出关键一步。

博乐不仅提供高品质模具钢，更致力于为行业转型提供可持续、高性能的材料解决方案。我们期待与您携手，共同推进铸造技术的未来发展。

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 的技术文章《Formenstähle für die Besten der Welt》改编整理。

如您希望深入了解博乐更多创新解决方案，欢迎7月15-17日莅临上海压铸展N4C21展位。博乐的技术团队将在现场与您面对面交流，分享实战经验，并针对您的具体需求提供专业建议。

关于博乐中国

博乐（BOHLER），1870年诞生于奥地利，是全球先进工模具钢、高速钢和特种钢材的专业生产和供应商，拥有国内外300多项专利，生产超过200余种钢种，为冲压、压铸，塑胶以及切削刀具、3D打印等广泛的工业应用领域提供专业支持。如今，博乐的服务网络辐射中国大江南北，以上海为母公司，在成都、佛山两地设立分公司，同时也在天津、苏州、大连设立办事处，旨在为全中国的客户提供世界一流的工模具钢材料、钢材加工增值服务和技术咨询服务。

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