金属型铸造模具的材料选型与热处理工艺要点
金属型模具（金属模、硬模）长期承受高温金属液反复热冲击、机械冲刷与冷热疲劳，材料与热处理直接决定模具寿命、铸件质量、粘模倾向、开裂风险。本文从工况要求出发，系统说明材料选型原则、常用模具钢特性及配套热处理要点。
一、金属型模具的工况特点与材料基本要求
耐热疲劳性好
反复急冷急热不易产生热裂纹、龟裂。
高温强度与硬度稳定
高温下不易软化、变形，保证型腔尺寸精度。
导热性适中
既保证铸件快速凝固，又不至于激冷太强导致裂纹。
耐铝液 / 铁液冲蚀与粘附
减少粘模、拉伤、熔蚀。
加工性能好
便于雕刻、铣削、钻孔、打磨与抛光。
焊接与修补性能良好
便于局部修复，降低成本。
二、常用金属型模具材料选型
1. 铸铁类模具材料
适用：结构简单、批量中等、形状不复杂、对寿命要求不极高的铝 / 铜合金金属型。
灰铸铁（HT200、HT250）
成本低、导热好、易加工，但耐热疲劳差、易变形，适合简单小件、小批量。
球墨铸铁（QT500、QT600）
强度、韧性、耐热疲劳性明显优于灰铁，模具不易开裂，是中小型金属型常用经济型材料。
特点：便宜、好铸、好加工，但不适合高节拍、高温度、复杂深腔模具。
2. 模具钢类（主流选用）
适合铝合金重力铸造、低压铸造、金属型压铸等高精度、长寿命模具。
H13（4Cr5MoSiV1）
国内外最通用的热作模具钢。
耐热疲劳、高温强度、韧性、耐磨性均衡，适合绝大多数铝金属型。
SKD61
日标对应 H13，成分与性能接近，应用广泛。
3Cr2W8V
红硬性更高，耐高温、耐冲蚀更好，但韧性偏低，导热稍差。
多用于铜合金金属型、温度更高、热蚀严重的模具。
1.2344 / 8407 / DAC
优质电渣重熔 H13 改良型，纯净度高、寿命更稳定，用于高端、高节拍、复杂型腔模具。
3. 铜合金与其他材料
铍铜、铬锆铜
导热极快，用于模具局部 “激冷块”，消除铸件缩孔缩松。
缺点：价格高、强度低，一般不作为整体型腔，仅做镶件。
三、模具材料选型总结（实用选用原则）
简单铝铸件、小批量、低成本 → 球墨铸铁 QT500/600
通用铝合金金属型、长寿命、稳定生产 → H13 / SKD61
复杂型腔、高节拍、高要求 → 高品质电渣 H13（8407、1.2344）
铜合金铸造、高温冲刷严重 → 3Cr2W8V
局部热节需快速冷却 → 铬锆铜 / 铍铜镶件
四、金属型模具热处理工艺要点
模具钢（尤其是 H13 类）热处理目标：高硬度 + 良好韧性 + 耐热疲劳 + 不开裂、不变形
1. 锻造与预处理
模具钢必须合理锻造，打碎碳化物，保证各向同性。
锻后进行退火 / 球化退火，降低硬度，改善切削加工性，消除内应力。
2. 淬火工艺（核心）
加热温度
H13/SKD61 一般在 1020～1050℃
温度过低：硬度不足、高温性能差
温度过高：晶粒粗大、韧性下降、易开裂
保温时间
按有效厚度计算，保证透烧但不过热。
冷却方式
采用分级淬火或油冷，控制冷却速度，减少变形与开裂。
禁止水冷过激，避免应力过大。
3. 回火工艺（关键）
热作模具必须充分高温回火，以获得稳定的回火索氏体组织。
H13 常用回火温度
580～620℃，通常回火 2～3 次
每次回火≥2h，保证应力充分释放、硬度稳定。
回火后硬度控制
金属型模具常用：
HRC 42～48
偏低硬度（HRC42～45）：韧性更好，不易热裂
偏高硬度（HRC46～48）：耐磨性、抗变形更好，但要防止脆裂
4. 热处理质量控制要点
淬火后必须及时回火（一般 2 小时内），防止残留奥氏体转变开裂。
严格控制加热均匀性，避免局部过热、脱碳、氧化。
复杂模具可增加去应力回火，减少精加工后变形。
型腔工作面不允许有脱碳、软点，否则极易粘模与热蚀。
五、不同材料的热处理目标对比
铸铁模具
一般进行去应力退火即可，不做淬火，保持良好导热与抗裂性。
H13/SKD61
淬火 + 高温回火，HRC42–48，兼顾耐热疲劳与韧性。
3Cr2W8V
更高回火温度，保证高红硬性，适合高温金属液冲刷。
铜合金镶件
固溶时效处理，保证强度与高导热性。
六、热处理不当常见问题
硬度偏低
模具易变形、型腔磨损快、粘模严重。
硬度过高、回火不足
韧性差，生产中易出现突发性开裂。
回火不充分
尺寸不稳定，生产中逐渐变形，铸件尺寸超差。
表面脱碳
表层软，热疲劳裂纹快速扩展，模具早期龟裂报废。
七、总结
金属型铸造模具选材以球墨铸铁和H13 系列热作模具钢为主流：低成本简单件选铸铁；高精度、长寿命、复杂件选 H13 系改良钢。
热处理核心是：合适温度淬火 + 充分高温回火 + 2～3 次回火，将硬度稳定在 HRC42–48，实现 “耐热、耐磨、耐裂、尺寸稳” 的综合性能，是保证金属型模具寿命与铸件质量的基础。