Làm thế nào để chọn vật liệu phù hợp cho khuôn đúc hợp kim nhôm?

Hiểu các yêu cầu của đúc hợp kim nhôm

Lựa chọn chất liệu phù hợp cho khuôn đúc hợp kim nhôm bắt đầu với sự hiểu biết sâu sắc về các điều kiện làm việc mà khuôn phải trải qua trong quá trình đúc khuôn áp suất cao. Đúc khuôn nhôm là một quá trình đòi hỏi khắt khe, hoạt động dưới nhiệt độ cao và ứng suất cơ học, điển hình là bơm nhôm nóng chảy ở nhiệt độ từ 660°C đến 750°C vào khuôn thép với vận tốc và áp suất cực cao. Khuôn dự kiến ​​sẽ hoạt động ổn định trong hàng nghìn—hoặc thậm chí hàng trăm nghìn—chu kỳ mà không bị hỏng, điều đó có nghĩa là vật liệu khuôn phải có khả năng chịu đựng đồng thời một số yếu tố quan trọng.

Thứ nhất, khả năng chống mỏi nhiệt là cần thiết. Trong mỗi chu kỳ, bề mặt khuôn nóng lên nhanh chóng do nhôm nóng chảy và nguội đi nhanh chóng khi hệ thống làm mát được kích hoạt và chi tiết được đẩy ra ngoài. Cú sốc nhiệt lặp đi lặp lại này tạo ra sự giãn nở và co lại bề mặt, theo thời gian dẫn đến hình thành các vết nứt nhỏ trên bề mặt khuôn. Nếu vật liệu được chọn không có khả năng chống mỏi nhiệt tốt, các vết nứt nhỏ này sẽ lan truyền theo từng chu kỳ, dẫn đến hỏng khuôn sớm. Do đó, vật liệu phải thể hiện độ ổn định kích thước tuyệt vời trong chu trình nhiệt và có đủ độ bền bên trong cũng như tính linh hoạt để hấp thụ và tiêu tán ứng suất nhiệt.

Thứ hai, khả năng chống mài mòn là thước đo hiệu suất chính. Khi nhôm nóng chảy được bơm vào khuôn với vận tốc cao—thường trên 30 mét/giây—nó gây ra cả xói mòn cơ học và tấn công hóa học, đặc biệt là ở khu vực cổng và đường dẫn nơi kim loại tiếp xúc lần đầu với khuôn. Sự hiện diện của silicon trong hầu hết các hợp kim nhôm làm tăng độ mài mòn của chất nóng chảy, làm tăng tốc độ mài mòn của dụng cụ. Vật liệu khuôn tốt phải chống mài mòn và chống mài mòn. Sự mài mòn do dính hoặc hàn xảy ra khi nhôm nóng chảy dính vào bề mặt khuôn, đặc biệt là ở những khu vực có khả năng cách nhiệt không đủ hoặc xử lý bề mặt kém. Theo thời gian, điều này dẫn đến các khuyết tật ở bộ phận đúc và dần dần biến dạng khoang khuôn. Việc lựa chọn vật liệu ít phản ứng với nhôm và dễ tiếp thu lớp phủ chống hàn hơn là cần thiết để giảm thiểu vấn đề này.

Thứ ba, cần có độ dẻo dai và độ dẻo để chống nứt do ứng suất cơ và nhiệt trong quá trình phóng và kẹp. Vật liệu không được giòn đến mức bị gãy dưới lực đột ngột. Độ dẻo dai cho phép khuôn xử lý các tác động trong quá trình đẩy bộ phận ra hoặc sai lệch mà không bị hư hỏng nghiêm trọng. Đồng thời, cần duy trì độ cứng cao để tránh mài mòn nhanh, đòi hỏi sự cân bằng cẩn thận trong quá trình lựa chọn vật liệu và xử lý nhiệt.

Thứ tư, phản ứng của vật liệu khuôn đối với việc xử lý nhiệt ảnh hưởng đáng kể đến tính phù hợp của nó. Xử lý nhiệt được sử dụng để đạt được độ cứng, độ dẻo dai và cấu trúc hạt mong muốn. Nếu loại thép có hiệu suất không nhất quán hoặc không thể đoán trước sau khi đông cứng, điều đó có thể dẫn đến chất lượng khuôn thay đổi. Các loại thép như H13 và SKD61 được ưa chuộng hơn vì chúng đáp ứng đáng tin cậy với các quy trình tôi và cứng tiêu chuẩn, mang lại các đặc tính cơ học đồng nhất trên toàn bộ khuôn.

Thứ năm, khả năng gia công là một yếu tố thực tế nhưng rất quan trọng. Các khoang khuôn phức tạp, kết cấu bề mặt mịn, các kênh làm mát và các đế chèn đòi hỏi vật liệu khuôn phải có khả năng gia công cao. Nếu thép quá cứng hoặc quá cứng, độ mài mòn của dụng cụ sẽ tăng lên đáng kể, kéo dài thời gian sản xuất và tăng chi phí. Ngược lại, vật liệu quá mềm có thể bị biến dạng trong quá trình gia công hoặc trong quá trình đúc. Thép công cụ được cân bằng tốt cho phép xử lý gia công, đánh bóng và xử lý sau gia công chính xác mà không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của khuôn cuối cùng.

Thứ sáu, độ dẫn nhiệt của vật liệu ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian làm mát, hiệu suất chu trình và chất lượng đúc. Nếu vật liệu khuôn không tản nhiệt nhanh chóng, các điểm nóng sẽ hình thành bên trong khuôn, dẫn đến việc đổ đầy không hoàn toàn, độ xốp và độ chính xác về kích thước khi đúc. Độ dẫn nhiệt cao cho phép nhôm nóng chảy đông đặc nhanh hơn và đồng đều hơn, giảm tỷ lệ khuyết tật và cải thiện năng suất.

Thứ bảy, độ ổn định kích thước của khuôn theo thời gian là một yếu tố quan trọng khác. Chu kỳ nhiệt lặp đi lặp lại và ứng suất cơ học gây ra biến dạng dần dần. Vật liệu khuôn phải chống rão, giữ được tính nguyên vẹn về kích thước và ngăn ngừa biến dạng sau khi sử dụng lâu dài. Vật liệu ổn định đảm bảo chất lượng bộ phận ổn định và giảm nhu cầu điều chỉnh hoặc trang bị lại tốn kém.

Thứ tám, khả năng chống ăn mòn phải được xem xét do sự tương tác hóa học giữa nhôm và thép. Mặc dù nhôm nóng chảy thường không ăn mòn mạnh thép nhưng việc bổ sung silicon, magie hoặc các nguyên tố hợp kim khác có thể làm tăng khả năng phản ứng hóa học, dẫn đến sự xuống cấp dần dần của vật liệu. Vật liệu có thành phần hợp kim chống ăn mòn hoặc khả năng tương thích với lớp phủ bảo vệ sẽ phù hợp hơn để có tuổi thọ khuôn dài.

Cuối cùng, các điều kiện vận hành như tần suất bảo trì khuôn, phương pháp làm sạch, khả năng tương thích của chất bôi trơn và xử lý bề mặt cần thiết đều ảnh hưởng đến loại vật liệu phù hợp. Vật liệu hoạt động tốt về các đặc tính kỹ thuật nhưng không hoạt động tốt trong quy trình bảo trì thực tế hoặc phản ứng tiêu cực với các chất tách khuôn có thể gây ra vấn đề. Vì vậy, quá trình lựa chọn cần kết hợp cả yếu tố kỹ thuật và vận hành để đảm bảo độ bền, năng suất và tính nhất quán.

Vai trò của vật liệu khuôn đối với khả năng chịu nhiệt và dẫn nhiệt

Trong khuôn đúc hợp kim nhôm, khả năng chịu nhiệt và dẫn năng lượng nhiệt hiệu quả của vật liệu khuôn là yếu tố quyết định tuổi thọ của khuôn và chất lượng đúc. Khả năng chịu nhiệt đảm bảo khuôn không bị mất tính toàn vẹn về cấu trúc, bị mềm hoặc xuống cấp khi tiếp xúc với nhiệt độ cao. Độ dẫn nhiệt cho phép tản nhiệt nhanh từ nhôm nóng chảy sang hệ thống làm mát, điều này rất quan trọng để hóa rắn hiệu quả và ngăn ngừa các khuyết tật về nhiệt. Cùng với nhau, hai đặc điểm này xác định khuôn hoạt động tốt như thế nào trong chu kỳ nhiệt liên tục.

Thứ nhất, khả năng chịu nhiệt có liên quan chặt chẽ đến thành phần và cấu trúc vi mô của vật liệu. Thép công cụ giàu crom, molypden và vanadi—chẳng hạn như H13 hoặc SKD61—có độ bền nóng và khả năng chống oxy hóa tuyệt vời. Các nguyên tố hợp kim này ổn định cấu trúc của thép ở nhiệt độ cao, cho phép thép giữ được độ cứng và độ bền cơ học ngay cả sau khi tiếp xúc với nhiệt nhiều lần. Vật liệu khuôn có khả năng chịu nhiệt kém có thể bị mềm bề mặt, oxy hóa và biến dạng dẻo ở vùng nhiệt độ cao, đặc biệt là ở các khu vực gần cổng và đường dẫn. Những hư hỏng như vậy không chỉ làm giảm tuổi thọ của khuôn mà còn làm thay đổi độ chính xác của bộ phận, dẫn đến sự thay đổi kích thước không thể chấp nhận được của sản phẩm đúc.

Thứ hai, độ dẫn nhiệt ảnh hưởng đến khả năng loại bỏ nhiệt nhanh chóng và đồng đều khỏi khoang khuôn. Sau khi nhôm được bơm vào, nó phải đông đặc trong khoảng thời gian rất ngắn—thường dưới 1 đến 2 giây trong môi trường đúc khuôn tốc độ cao. Nếu vật liệu khuôn có độ dẫn nhiệt thấp, nó sẽ giữ nhiệt, dẫn đến làm mát không đồng đều và gây ra các khuyết tật đúc phổ biến như độ xốp co ngót, điểm nóng, đổ đầy không đầy đủ và biến dạng. Mặt khác, các vật liệu có độ dẫn nhiệt cao thúc đẩy sự phân bổ nhiệt độ đồng đều trong khuôn, cải thiện hiệu suất chu trình và giúp tạo ra vật đúc có bề mặt hoàn thiện tốt hơn và độ chính xác về kích thước. Hợp kim đồng, mặc dù có khả năng dẫn nhiệt tuyệt vời nhưng không thể chịu được tải trọng cơ học và nhiệt trong quá trình đúc khuôn áp suất cao, đó là lý do tại sao thép công cụ có độ dẫn nhiệt tối ưu được ưa chuộng hơn.

Thứ ba, có sự cân bằng giữa khả năng chịu nhiệt và độ dẫn nhiệt ở hầu hết các loại thép công cụ. Nói chung, các vật liệu có độ dẫn nhiệt cao hơn—như một số hợp kim đồng—thiếu độ bền nóng và khả năng chống mài mòn cần thiết cho hiệu suất của khuôn dưới áp suất cực cao và dòng chảy nhôm bị mài mòn. Ngược lại, thép công cụ hiệu suất cao thường hy sinh một số mức độ dẫn nhiệt để đạt được độ bền và độ bền tốt hơn. Vì vậy, thách thức trong việc lựa chọn vật liệu khuôn nằm ở việc cân bằng hai đặc tính này. Các cải tiến về luyện kim như cấu trúc hạt tinh chế, phân tán cacbua và xử lý nhiệt đặc biệt được sử dụng để tối ưu hóa cả hai tính chất trong phạm vi có thể ở các loại thép tiên tiến.

Thứ tư, khả năng chống sốc nhiệt là một thông số quan trọng khác gắn liền với khả năng chịu nhiệt. Trong mỗi chu kỳ đúc, khuôn sẽ trải qua những thay đổi nhiệt độ đột ngột. Nếu vật liệu không thể chịu được sự chênh lệch nhiệt, nó sẽ phát triển các vết nứt trên bề mặt, dần dần lan rộng và dẫn đến sứt mẻ, mỏi và thậm chí là hỏng hóc nghiêm trọng. Các vật liệu tốt nhất có hệ số giãn nở nhiệt thấp và độ dẻo cao ở nhiệt độ cao, cho phép khuôn hấp thụ tải nhiệt đột ngột mà không bị gãy. Các loại thép như H13, khi được tôi luyện và xử lý đúng cách sẽ có khả năng chống mỏi nhiệt cao, đặc biệt khi hệ thống làm mát được thiết kế tốt để duy trì nhiệt độ khuôn được kiểm soát.

Thứ năm, tính toàn vẹn bề mặt dưới ứng suất nhiệt là điều cần thiết. Ngay cả khi vật liệu lõi hoạt động tốt dưới nhiệt, sự xuống cấp bề mặt—như quá trình oxy hóa hoặc quá trình khử cacbon—có thể làm giảm độ cứng và tạo điều kiện thuận lợi cho việc mài mòn và hàn. Do đó, bề mặt khuôn thường trải qua các quá trình xử lý như thấm nitơ hoặc phủ các lớp gốm hoặc PVD để cải thiện độ cứng và bảo vệ chống xói mòn nhiệt. Tuy nhiên, những phương pháp xử lý này chỉ thành công nếu vật liệu nền ổn định nhiệt. Nếu lớp nền bắt đầu biến dạng hoặc nứt dưới nhiệt, lớp bề mặt cũng bị hỏng, điều này càng làm tăng nhu cầu lựa chọn vật liệu đàn hồi nhiệt ngay từ đầu.

Thứ sáu, truyền nhiệt đồng đều trong khuôn góp phần cải thiện chất lượng bộ phận. Quá nhiệt cục bộ có thể dẫn đến hư hỏng sớm ở vùng ứng suất cao và kích thước bộ phận không đều. Vật liệu có đặc tính nhiệt ổn định đảm bảo khoang khuôn, hạt dao và lõi hoạt động đồng đều trong quá trình đúc. Khả năng dự đoán này giúp đơn giản hóa thiết kế làm mát, giảm độ dốc nhiệt và cải thiện khả năng lặp lại kích thước bộ phận, điều này rất quan trọng đối với các bộ phận ô tô và hàng không vũ trụ đòi hỏi độ chính xác cao và tỷ lệ phế liệu thấp.

Cuối cùng, hoạt động nhiệt ổn định trong suốt vòng đời của khuôn sẽ đảm bảo hiệu suất ổn định. Ngay cả thép chất lượng cao cũng có thể bị thoái hóa theo thời gian do tiếp xúc kéo dài với ứng suất nhiệt, đặc biệt nếu xử lý nhiệt không đúng cách hoặc sử dụng vượt quá giới hạn thiết kế. Việc chọn vật liệu có thành tích đã được chứng minh về độ tin cậy nhiệt sẽ đảm bảo rằng khoảng thời gian bảo trì khuôn có thể dự đoán được và việc thay thế công cụ dựa trên các chu kỳ đã lên kế hoạch thay vì các lỗi khẩn cấp.

So sánh thép công cụ: Ưu và nhược điểm của khuôn đúc khuôn

Khi lựa chọn thép công cụ cho khuôn đúc hợp kim nhôm Việc hiểu rõ điểm mạnh, điểm yếu của các loại thép khác nhau là điều cần thiết để đảm bảo độ bền khuôn, chất lượng đúc và hiệu quả kinh tế. Thép công cụ được sử dụng trong ứng dụng này phải đáp ứng nhiều yêu cầu quan trọng như khả năng chống mỏi nhiệt, chống mài mòn, độ bền nóng và độ bền dưới tải trọng cơ học và nhiệt theo chu kỳ. Không có loại nào vượt trội ở mọi đặc tính và do đó, các kỹ sư thường phải cân nhắc sự đánh đổi tùy thuộc vào yêu cầu sản xuất cụ thể như khối lượng đúc, hình dạng bộ phận và kỳ vọng về độ hoàn thiện bề mặt. Dưới đây là so sánh chuyên nghiệp về các loại thép công cụ thường được sử dụng cho khuôn đúc, tập trung hoàn toàn vào đặc tính luyện kim và hiệu suất của chúng.

Thứ nhất, thép công cụ gia công nóng là loại vật liệu chính được sử dụng cho khuôn đúc nhôm do khả năng duy trì các tính chất cơ học ở nhiệt độ cao. Những loại thép này được hợp kim với các nguyên tố như crom, molypden và vanadi, góp phần tạo nên độ cứng màu đỏ cao, độ ổn định cấu trúc và khả năng chống oxy hóa và mỏi nhiệt. Ưu điểm chính của các loại thép này là độ bền cơ học đồng đều ngay cả khi tiếp xúc với chu kỳ gia nhiệt và làm mát nhanh. Tuy nhiên, một hạn chế đáng chú ý là độ dẫn nhiệt tương đối thấp hơn so với một số vật liệu khác, điều này có thể khiến việc kiểm soát nhiệt độ trở nên phức tạp hơn trong quá trình đúc. Tuy nhiên, khi được xử lý nhiệt đúng cách, thép công cụ gia công nóng mang lại độ ổn định kích thước tuyệt vời và tuổi thọ lâu dài, khiến chúng trở thành tiêu chuẩn trong ngành.

Thứ hai, thép gốc crom-molypden mang lại sự cân bằng giữa khả năng chống mài mòn và độ bền, khiến chúng phù hợp với các khuôn trải qua quá trình phun áp suất cao và tiếp xúc với nhôm nóng chảy có chứa silicon. Những loại thép này cung cấp sự phân bố cacbua tinh chế có khả năng chống mài mòn trong khi vẫn duy trì đủ độ dẻo để tránh nứt khi bị sốc nhiệt. Chúng có thể được làm cứng đến độ cứng bề mặt cao mà không trở nên quá giòn. Nhược điểm chính của loại thép này nằm ở độ nhạy cảm với việc xử lý nhiệt không đúng cách, có thể dẫn đến độ giòn lõi hoặc phân bố độ cứng không đồng đều. Cần phải kiểm soát cẩn thận trong quá trình đông cứng và ủ để tránh khuôn bị hỏng sớm hoặc nứt bề mặt.

Thứ ba, thép công cụ có hàm lượng vanadi cao đặc biệt được đánh giá cao nhờ khả năng chống mài mòn vượt trội do có chứa một lượng lớn cacbua vanadi cứng. Các cacbua này góp phần tạo ra khả năng chống xói mòn cực cao do dòng nhôm vận tốc cao và tính chất mài mòn của các hạt silicon trong quá trình nấu chảy. Khuôn làm từ thép có hàm lượng vanadi cao có xu hướng có tuổi thọ hoạt động dài hơn đáng kể ở các khu vực có độ mài mòn cao như hệ thống cổng, đường dẫn và chốt đẩy. Tuy nhiên, độ cứng và hàm lượng cacbua tăng lên của chúng làm giảm khả năng gia công, khiến chúng khó xử lý hơn và tốn kém hơn trong quá trình chế tạo khuôn. Chúng cũng có thể dễ bị nứt do nhiệt hơn nếu không được thiết kế cẩn thận với hệ thống làm mát và kiểm soát chu trình thích hợp.

Thứ tư, thép công cụ được tối ưu hóa để chống sốc nhiệt thường được chọn cho các ứng dụng liên quan đến hình dạng khuôn phức tạp hoặc các khu vực có sự phân bố nhiệt không đồng đều. Những vật liệu này có cấu trúc vi mô chống lại ứng suất do giãn nở khi thay đổi nhiệt độ đột ngột, do đó giảm thiểu nguy cơ hình thành vết nứt. Hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn và độ bền cao hơn góp phần mang lại hiệu suất lâu dài khi đạp xe nhanh. Tuy nhiên, đôi khi chúng chỉ có khả năng chống mài mòn vừa phải, vì vậy chúng được sử dụng tốt nhất ở những vùng khuôn không chịu ma sát cao hoặc xói mòn do dòng chảy.

Thứ năm, thép công cụ hợp kim thấp mang lại giải pháp thay thế hiệu quả về mặt chi phí cho các khuôn được sử dụng trong sản xuất khối lượng thấp đến trung bình. Những loại thép này cung cấp hiệu suất cơ học chấp nhận được với chi phí vật liệu thấp hơn đáng kể và thể hiện độ bền và khả năng xử lý nhiệt tốt. Mặc dù chúng không cung cấp mức độ chống mỏi nhiệt hoặc chống mài mòn như thép cao cấp nhưng chúng thường được sử dụng cho các bộ phận đơn giản hơn, dụng cụ nguyên mẫu hoặc hạt dao không tiếp xúc với các điều kiện đúc khắc nghiệt. Độ cứng thấp hơn của chúng có thể làm giảm khả năng hàn và cải thiện khả năng gia công, nhưng tuổi thọ khuôn ngắn hơn đáng kể, khiến chúng không phù hợp với các hoạt động đúc khuôn có năng suất cao.

Thứ sáu, thép được thiết kế để tăng cường khả năng chịu nhiệt được chế tạo để chịu được mạng lưới các vết nứt bề mặt mịn thường xuất hiện trong quá trình luân nhiệt. Những vật liệu này trì hoãn sự hình thành các vết nứt có thể nhìn thấy, thậm chí sau hàng nghìn lần bắn, do cấu trúc hạt đồng nhất và độ dẻo cao. Đặc tính này rất quan trọng trong việc bảo quản bề mặt hoàn thiện và ngăn ngừa hư hỏng cấu trúc sâu hơn. Mặc dù các loại thép này có thể không tạo ra bề mặt cứng nhất nhưng đặc tính mỏi vượt trội của chúng đảm bảo tuổi thọ dụng cụ dài hơn trong các thông số chu trình được kiểm soát. Nhược điểm chính là chúng có thể yêu cầu xử lý bề mặt hoặc phủ thường xuyên hơn để bù lại khả năng chống mài mòn vốn có thấp hơn.

Thứ bảy, thép công cụ có khả năng chịu nhiệt được tăng cường sẽ giữ được độ cứng ở nhiệt độ vận hành cao và trải qua nhiều chu kỳ nhiệt. Đặc tính này rất quan trọng trong việc duy trì hình dạng khuôn và độ ổn định kích thước trong suốt quá trình sản xuất dài. Những vật liệu này ít bị mềm hoặc lão hóa quá mức khi tiếp xúc lâu với nhiệt độ đúc. Tuy nhiên, một số loại thép thuộc loại này có thể có độ giòn nếu không được tôi luyện ở phạm vi tối ưu hoặc nếu bị tôi quá cứng. Vì vậy, chúng phù hợp nhất cho các khuôn có điều kiện nhiệt ở trạng thái ổn định và thiết kế hệ thống làm mát nhất quán.

Thứ tám, thép công cụ được thiết kế để có khả năng đánh bóng cao được sử dụng khi độ bóng bề mặt đúc là yêu cầu chính, chẳng hạn như trong các bộ phận ô tô chính xác hoặc mỹ phẩm. Những loại thép này có ít tạp chất và sự phân tách cacbua hơn, cho phép chúng được đánh bóng thành các bề mặt giống như gương. Cấu trúc vi mô nhất quán của chúng cho phép hoàn thiện dễ dàng và chúng thường đáp ứng tốt với quá trình thấm nitơ bề mặt hoặc các phương pháp xử lý khác. Sự đánh đổi là những loại thép này thường hy sinh một số mức độ chống mài mòn để có được khả năng đánh bóng tốt hơn. Do đó, ứng dụng của chúng phổ biến hơn ở các khu vực có độ xói mòn thấp hoặc trong các khuôn có thiết kế hạt dao nơi yêu cầu đánh bóng được tách biệt.

Thứ chín, thép chống sốc được lựa chọn cho các khuôn có thể chịu tác động cơ học, lệch trục hoặc ứng suất phóng. Những loại thép này kết hợp độ cứng vừa phải với độ bền gãy cao, cho phép chúng hấp thụ năng lượng mà không bị nứt nghiêm trọng. Chúng thường được sử dụng cho lõi, cơ cấu đẩy hoặc các phần của khuôn dễ bị tác động bởi lực đột ngột. Tuy nhiên, do độ cứng thấp hơn, các loại thép này có thể mòn nhanh hơn trong khu vực dòng chảy nhôm tốc độ cao và do đó thường được kết hợp với các hạt dao chống mài mòn trong các thiết kế khuôn lai.

Cuối cùng, thép tương thích với các kỹ thuật kỹ thuật bề mặt mang lại sự linh hoạt cao hơn trong việc điều chỉnh hiệu suất. Một số loại thép công cụ sẵn sàng chấp nhận lớp phủ thấm nitơ, PVD hoặc CVD, giúp tăng cường đáng kể độ cứng bề mặt, giảm ma sát và cải thiện khả năng chống hàn. Khả năng kết hợp lớp nền cứng với lớp ngoài cứng, chống mài mòn giúp kéo dài tuổi thọ của khuôn mà không ảnh hưởng đến độ dẻo dai. Tuy nhiên, thép nền phải duy trì tính toàn vẹn về cấu trúc và độ ổn định nhiệt dưới lớp phủ mỏng; nếu không, lớp bề mặt có thể bị tách lớp hoặc nứt khi chịu ứng suất. Vì vậy, việc lựa chọn thép không chỉ phải tính đến hiệu suất cơ bản mà còn phải tính đến khả năng tương thích kỹ thuật bề mặt.

Việc lựa chọn thép công cụ cho khuôn đúc nhôm liên quan đến việc cân bằng độ cứng, độ dẻo dai, khả năng chống mỏi nhiệt, hiệu suất mài mòn, khả năng gia công và khả năng tương thích với các phương pháp xử lý. Mỗi loại thép đều có những điểm mạnh và hạn chế cố hữu, và sự lựa chọn tối ưu phụ thuộc vào chức năng khuôn cụ thể, thiết kế bộ phận, khối lượng đúc và chiến lược bảo trì. Các kỹ sư phải đánh giá cả đặc tính vật liệu và bối cảnh vận hành để đạt được hiệu suất dụng cụ đáng tin cậy, lâu dài mà không tốn quá nhiều chi phí hoặc độ phức tạp.

Khả năng tương thích xử lý bề mặt và ảnh hưởng của nó đến việc lựa chọn vật liệu

Khi lựa chọn thép công cụ thích hợp cho khuôn đúc hợp kim nhôm, một yếu tố quan trọng nhưng thường bị đánh giá thấp là khả năng tương thích của thép với các phương pháp xử lý bề mặt khác nhau. Các phương pháp xử lý này, chẳng hạn như thấm nitơ, lắng đọng hơi vật lý (PVD), lắng đọng hơi hóa học (CVD) hoặc các quá trình khuếch tán nhiệt, ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất, độ bền và tuổi thọ của khuôn. Bề mặt của khuôn phải chịu áp lực cơ học và nhiệt độ cao do phun nhôm nóng chảy nhiều lần, và do đó việc tăng cường lớp bề mặt trong khi vẫn bảo toàn các đặc tính cốt lõi của thép là một yếu tố kỹ thuật quan trọng cần cân nhắc. Việc xử lý bề mặt phải liên kết chắc chắn với vật liệu nền, duy trì tính toàn vẹn trong quá trình gia nhiệt và làm mát theo chu kỳ, đồng thời mang lại sự tăng cường mong muốn về độ cứng, khả năng chống mài mòn hoặc hoạt động chống hàn mà không tạo ra các dạng hư hỏng mới.

Thứ nhất, thấm nitơ là một trong những phương pháp xử lý được áp dụng rộng rãi nhất do khả năng tăng độ cứng bề mặt trong khi vẫn duy trì độ cứng của lõi. Quá trình khuếch tán này tạo thành một lớp nitrit cứng trên bề mặt thép mà không làm thay đổi cấu trúc lõi, lý tưởng cho các công cụ tiếp xúc với độ mỏi nhiệt cao. Để quá trình thấm nitơ có hiệu quả, thép nền phải chứa đủ các nguyên tố tạo thành nitrit như crom, molypden, vanadi và nhôm. Thép thiếu các nguyên tố này sẽ tạo ra các lớp thấm nitơ nông hoặc yếu, có thể bị nứt hoặc nứt khi chịu ứng suất. Do đó, chỉ nên chọn loại thép tương thích thấm nitơ khi ưu tiên độ cứng bề mặt và khả năng chống hàn. Ngoài ra, nhiệt độ thấm nitơ phải thấp hơn nhiệt độ ủ của thép để tránh mất độ bền lõi, khiến khả năng chịu tôi trở thành một yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi lựa chọn vật liệu.

Thứ hai, lớp phủ PVD mang lại giải pháp hiệu suất cao cho khuôn đúc, đặc biệt là giảm ma sát, giảm thiểu hàn nhôm và tăng cường khả năng chống mài mòn. Các quy trình PVD lắng đọng các hợp chất cứng giống như gốm như titan nitrit (TiN), crom nitrit (CrN) hoặc nhôm titan nitrit (AlTiN) lên bề mặt khuôn. Những lớp phủ này thường chỉ dày vài micron nhưng mang lại những cải tiến đáng kể về hiệu suất, đặc biệt là ở khu vực cổng và đường dẫn, nơi nhôm nóng chảy tiếp xúc với khuôn lần đầu tiên. Tuy nhiên, lớp phủ PVD chỉ bám dính tốt trên các chất nền sạch, đồng nhất và ổn định nhiệt. Thép công cụ có cấu trúc vi mô tinh chế, sự phân tách cacbua tối thiểu và độ ổn định kích thước ở nhiệt độ cao là cần thiết để hỗ trợ tuổi thọ lớp phủ. Thép có độ cứng bề mặt không đồng đều hoặc độ xốp có thể không giữ được lớp phủ đồng đều, dẫn đến hỏng lớp phủ cục bộ khi bị sốc nhiệt hoặc tải trọng cơ học.

Thứ ba, lớp phủ CVD, mặc dù mang lại khả năng chống mài mòn và độ che phủ cao hơn ở các hình dạng hình học phức tạp, nhưng lại yêu cầu nhiệt độ xử lý cao hơn nhiều, thường là trên 900°C. Điều này hạn chế đáng kể số lượng thép công cụ có thể được phủ CVD vì nhiệt độ cao như vậy có nguy cơ làm thay đổi cấu trúc vi mô lõi của vật liệu khuôn, dẫn đến độ giòn hoặc giảm độ bền. Do đó, nếu lên kế hoạch xử lý bề mặt ở nhiệt độ cao, chỉ nên xem xét các loại thép có khả năng chịu nhiệt tuyệt vời và độ ổn định kết cấu ở nhiệt độ cao. Hơn nữa, quy trình phủ CVD thường đòi hỏi môi trường chân không hoặc khí trơ, đòi hỏi phải chuẩn bị bề mặt chính xác và kiểm soát kích thước - nhấn mạnh hơn nữa nhu cầu về thép có độ hoàn thiện gia công tuyệt vời và tính đồng nhất về cấu trúc vi mô.

Thứ tư, các lớp phủ khuếch tán nhiệt như boron hóa và mạ crôm tăng cường khả năng chống mài mòn bề mặt bằng cách khuếch tán các nguyên tử boron hoặc crom vào bề mặt thép, tạo thành các lớp hợp chất cứng. Những phương pháp xử lý này tạo ra các bề mặt cực kỳ cứng, chống xói mòn từ nhôm nóng chảy tốc độ cao và mài mòn từ các hạt silicon. Tuy nhiên, quá trình khuếch tán có thể gây ra hiện tượng giòn ở lớp bề mặt nếu lớp thép bên dưới không đủ độ dẻo hoặc khả năng chống sốc. Hơn nữa, sự hình thành các kim loại giòn có thể dẫn đến sứt mẻ hoặc nứt dưới ứng suất tuần hoàn. Do đó, khả năng tương thích giữa các nguyên tố hợp kim của thép và các loại khuếch tán dự định phải được đánh giá cẩn thận. Chỉ một số thành phần hợp kim nhất định mới có thể đạt được độ sâu khuếch tán và liên kết tối ưu mà không gây ra ứng suất không khớp nhiệt.

Thứ năm, độ hoàn thiện và độ tinh khiết bề mặt ban đầu của thép ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả xử lý bề mặt. Các tạp chất, tạp chất hoặc cacbua không đồng nhất trong thép có thể ảnh hưởng đến độ sâu xử lý, độ bám dính của lớp phủ và tính nhất quán của lớp. Ví dụ, các tạp chất lớn có thể đóng vai trò là chất tập trung ứng suất trong quá trình thấm nitơ hoặc phủ PVD, dẫn đến nứt hoặc tách lớp sớm. Do đó, thép công cụ có độ tinh khiết cao với cấu trúc vi mô được kiểm soát nên được ưu tiên khi lập kế hoạch cho kỹ thuật bề mặt chính xác. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng mà phần đúc cuối cùng yêu cầu lớp hoàn thiện mịn hoặc dung sai kích thước chặt chẽ.

Thứ sáu, khi xem xét khả năng tương thích xử lý bề mặt, phải tính đến đặc tính giãn nở nhiệt. Nếu việc xử lý bề mặt và nền thép có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau đáng kể thì bề mặt tiếp xúc giữa chúng có thể trở thành nơi hình thành vết nứt trong quá trình luân nhiệt. Điều này đặc biệt đúng trong đúc khuôn áp suất cao, nơi khuôn có thể được làm nóng và làm mát hàng trăm lần mỗi ngày. Sự kết hợp tốt giữa vật liệu phủ và đặc tính nhiệt của chất nền đảm bảo tuổi thọ dài hơn và ít hư hỏng hơn do tích tụ ứng suất bề mặt.

Thứ bảy, cần xem xét khả năng gia công và sửa chữa sau xử lý. Một số phương pháp xử lý bề mặt, đặc biệt là lớp phủ cứng và lớp khuếch tán, làm tăng đáng kể độ cứng bề mặt, khiến cho việc gia công sau xử lý, đánh bóng hoặc EDM trở nên khó khăn. Sau khi áp dụng, các phương pháp xử lý này thường không thể đảo ngược mà không làm hỏng thép bên dưới. Do đó, nên chọn các loại thép cho phép gia công trước xử lý chính xác và kiểm soát kích thước để tránh phải điều chỉnh sau xử lý. Trong trường hợp các phần đệm hoặc phần khuôn thỉnh thoảng có thể cần phải làm lại, việc xử lý bề mặt vừa phải hơn hoặc các phần đệm có thể thay thế có thể thực tế hơn, nhấn mạnh giá trị của việc lựa chọn loại thép mang lại sự cân bằng giữa khả năng xử lý tương thích và tính linh hoạt trong bảo trì.

Thứ tám, cũng phải xem xét sự tương tác giữa xử lý bề mặt và chất bôi trơn hoặc chất giải phóng được sử dụng trong khuôn đúc. Một số lớp phủ có thể thay đổi năng lượng bề mặt, ảnh hưởng đến việc phân phối chất bôi trơn, đẩy bộ phận ra hoặc hoạt động làm đầy khuôn. Ví dụ, bề mặt có độ bóng cao hoặc được phủ cứng có thể chống lại sự làm ướt của chất bôi trơn thông thường, đòi hỏi phải điều chỉnh các thông số quy trình hoặc lựa chọn vật liệu để tránh các khuyết tật đúc. Do đó, hệ thống tổng thể—bao gồm vật liệu khuôn, xử lý bề mặt và hoạt động hóa học—phải được thiết kế như một giải pháp tích hợp.

Khả năng chống mỏi nhiệt và nứt dưới áp lực lặp đi lặp lại

Khả năng chống mỏi nhiệt là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của khuôn đúc hợp kim nhôm. Trong mỗi chu kỳ hoạt động, khuôn sẽ trải qua những cú sốc nhiệt mạnh vì nó nhanh chóng tiếp xúc với nhôm nóng chảy ở nhiệt độ cao, sau đó được làm mát ngay lập tức. Sự dao động nhiệt độ theo chu kỳ này gây ra sự giãn nở và co lại bề mặt, dẫn đến sự phát triển các ứng suất nhiệt trong vật liệu khuôn. Theo thời gian, nếu thép công cụ không được tối ưu hóa để chống mỏi nhiệt, những ứng suất này sẽ tích tụ và gây ra sự hình thành các vết nứt bề mặt nhỏ, thường được gọi là kiểm tra nhiệt, cuối cùng có thể lan truyền thành các hư hỏng cấu trúc sâu hơn và dẫn đến việc khuôn sớm ngừng hoạt động.

Thứ nhất, nguyên nhân chính gây ra mỏi nhiệt là sự giãn nở nhiệt không phù hợp và vật liệu không có khả năng hấp thụ ứng suất một cách đàn hồi mà không bị hư hại. Thép công cụ có độ dẫn nhiệt cao có thể tản nhiệt hiệu quả hơn, giảm độ dốc nhiệt độ bề mặt và do đó giảm thiểu chênh lệch giãn nở. Tuy nhiên, chỉ tính dẫn nhiệt thôi là chưa đủ. Thép cũng phải có hệ số giãn nở nhiệt thấp, cho phép nó duy trì sự ổn định về kích thước với ít biến dạng hơn trong quá trình gia nhiệt và làm mát. Hệ số cao có thể dẫn đến biến dạng nhiệt lớn hơn trên mỗi chu kỳ, làm tăng sự tích tụ ứng suất và hình thành vết nứt vi mô. Do đó, thép được tối ưu hóa cho độ mỏi nhiệt thể hiện cả tính dẫn nhiệt từ trung bình đến cao và độ giãn nở nhiệt thấp để chống nứt mỏi một cách hiệu quả.

Thứ hai, cấu trúc vi mô của thép đóng vai trò quyết định. Thép hạt mịn với sự phân bố cacbua đồng đều có khả năng chống lại sự hình thành và lan truyền vết nứt cao hơn. Thép có hạt thô hoặc mạng lưới cacbua tách biệt dễ bị tập trung ứng suất cục bộ, đóng vai trò là điểm khởi đầu cho các vết nứt vi mô. Quá trình xử lý nhiệt phải được kiểm soát cẩn thận để tinh chỉnh cấu trúc vi mô, loại bỏ ứng suất dư và đạt được sự cân bằng tối ưu giữa độ cứng và độ dẻo dai. Thép quá cứng mặc dù có khả năng chống mài mòn nhưng có thể giòn hơn và dễ bị nứt, trong khi thép chưa được tôi cứng có thể dễ dàng biến dạng dưới tải trọng. Đạt được nhiệt độ ủ chính xác là rất quan trọng để tăng cường độ dẻo mà không ảnh hưởng đến khả năng chịu nhiệt.

Thứ ba, vanadi và molypden là hai nguyên tố hợp kim đặc biệt có lợi cho việc tăng cường khả năng chống mỏi nhiệt. Vanadi góp phần tạo ra kích thước hạt mịn và hình thành cacbua ổn định, trong khi molypden cải thiện độ cứng và độ bền nhiệt độ cao. Sự bao gồm các yếu tố này giúp ổn định nền trong quá trình luân chuyển nhiệt và cải thiện khả năng chống lại sự làm mềm ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, lượng vanadi dư thừa có thể làm tăng độ cứng, gây tổn hại đến khả năng gia công và tăng độ giòn của thép nếu không được tôi luyện đúng cách. Do đó, thành phần phải được cân bằng chính xác để đạt được lợi ích chống mỏi mà không gây ra rủi ro mới.

Thứ tư, độ dẻo dai phải được xem xét cùng với tính chất nhiệt. Mệt mỏi do nhiệt không chỉ liên quan đến việc quản lý nhiệt mà còn liên quan đến khả năng hấp thụ năng lượng của vật liệu mà không bị gãy. Thép công cụ quá giòn có thể phát triển các vết nứt nhanh chóng dưới ứng suất, ngay cả khi chúng có đặc tính nhiệt thuận lợi. Thép có độ bền va đập cao có thể chống lại sự hình thành vết nứt do ứng suất nhiệt và trì hoãn sự lan truyền của các vết nứt nhỏ thành các vết nứt lớn hơn. Điều này đặc biệt quan trọng trong các khuôn có hình dạng phức tạp, thành mỏng hoặc chuyển tiếp sắc nét, nơi xảy ra nồng độ ứng suất một cách tự nhiên.

Thứ năm, độ dày và hình dạng của các bộ phận khuôn ảnh hưởng đến hiệu suất mỏi nhiệt. Các phần mỏng nóng lên và nguội nhanh hơn, trải qua độ dốc nhiệt độ cao hơn và ứng suất nghiêm trọng hơn. Do đó, việc lựa chọn vật liệu cho các hạt dao mỏng hơn hoặc các khu vực chi tiết của khuôn nên ưu tiên khả năng chống mỏi do nhiệt. Trong môi trường sản xuất khối lượng lớn, hạt dao làm từ thép được tối ưu hóa về nhiệt có thể được sử dụng ở những khu vực có ứng suất cao trong khi những khu vực ít yêu cầu hơn có thể sử dụng vật liệu tiết kiệm hơn. Phương pháp kết hợp này làm tăng hiệu quả tổng thể của khuôn và tuổi thọ sử dụng.

Thứ sáu, xử lý bề mặt có thể hỗ trợ khả năng chống mỏi do nhiệt khi được kết hợp chính xác với thép cơ bản. Các quá trình như thấm nitơ làm tăng độ cứng bề mặt và tạo ra lớp ứng suất nén chống lại sự hình thành vết nứt. Tuy nhiên, nếu thép nền thiếu khả năng tương thích nhiệt thì việc xử lý có thể trở thành một điểm gây hư hỏng hơn là bảo vệ. Ví dụ, lớp phủ cứng có độ đàn hồi nhiệt kém có thể bị nứt hoặc vỡ khi đạp xe lặp đi lặp lại nếu chất nền giãn nở khác nhau. Do đó, cả chất nền và chất xử lý phải được lựa chọn như một hệ thống gắn kết để cải thiện hiệu suất mỏi.

Thứ bảy, việc vận hành khuôn liên tục mà không làm mát có kiểm soát có thể làm trầm trọng thêm tình trạng mệt mỏi do nhiệt. Do đó, khi lựa chọn vật liệu khuôn, khả năng tích hợp của chúng với các hệ thống làm mát—dù là làm mát theo kiểu, dựa trên kênh hay làm mát bằng bộ phận chèn—phải được xem xét. Thép có độ dẫn nhiệt kém sẽ hạn chế hiệu quả làm mát, dẫn đến nhiệt độ vận hành cao hơn và ứng suất chu trình nhiệt lớn hơn. Thép công cụ hỗ trợ kiểm soát nhiệt độ ổn định sẽ chống mỏi tốt hơn một cách tự nhiên và hoạt động ổn định hơn theo thời gian.

Lựa chọn nguyên liệu để sản xuất khối lượng lớn và khối lượng thấp

Khi lựa chọn vật liệu phù hợp cho khuôn đúc hợp kim nhôm , một trong những yếu tố có ảnh hưởng nhất là khối lượng sản xuất dự kiến. Yêu cầu về hiệu suất trên khuôn thay đổi đáng kể tùy thuộc vào việc khuôn sẽ được sử dụng cho các hoạt động liên tục khối lượng lớn hay các lô sản xuất hạn chế. Khuôn sản xuất khối lượng lớn có thể thực hiện hàng trăm nghìn lần chụp trước khi nghỉ hưu, trong khi khuôn khối lượng thấp chỉ có thể được sử dụng trong vài nghìn chu kỳ. Sự khác biệt này ảnh hưởng trực tiếp đến các quyết định về độ bền vật liệu, khả năng chống mài mòn, khả năng chống mỏi do nhiệt, điều chỉnh chi phí và thậm chí cả tính khả thi sau xử lý.

Thứ nhất, sản xuất khuôn đúc khối lượng lớn đòi hỏi vật liệu khuôn có khả năng chống mỏi nhiệt, xói mòn, hàn và mài mòn vượt trội. Việc phun nhôm nóng chảy liên tục ở tốc độ cao dẫn đến chu kỳ nhiệt nghiêm trọng dẫn đến sự suy giảm cấu trúc vi mô của bề mặt khuôn. Để chịu được sự tiếp xúc lặp đi lặp lại này mà không bị hỏng, phải sử dụng thép công cụ cao cấp với sự kết hợp cân bằng giữa tính dẫn nhiệt, độ giãn nở nhiệt thấp và khả năng chịu nhiệt độ cao. Những loại thép này được hợp kim với các nguyên tố như molypden, crom và vanadi, không chỉ tăng cường độ cứng nóng mà còn tăng khả năng duy trì độ ổn định cơ học của thép trong thời gian dài. Trong các hoạt động với khối lượng lớn, việc đầu tư vào các loại thép hiệu suất cao như vậy được chứng minh bằng việc giảm thời gian ngừng hoạt động của khuôn, chi phí bảo trì và tỷ lệ phế liệu. Mặc dù những vật liệu này có chi phí trả trước cao hơn và chu kỳ gia công dài hơn nhưng độ bền của chúng đảm bảo rằng chi phí trên mỗi bộ phận được giảm thiểu theo thời gian.

Thứ hai, đối với các khuôn được sử dụng trong sản xuất khối lượng thấp, ưu tiên kinh tế sẽ thay đổi. Mặc dù độ bền và khả năng chịu nhiệt vẫn còn phù hợp, nhưng điểm nhấn tổng thể hướng tới chi phí ban đầu thấp hơn và thời gian quay vòng sản xuất nhanh hơn. Thép công cụ có khả năng chống mỏi nhiệt vừa phải và khả năng gia công tốt thường được chọn, đặc biệt khi tuổi thọ khuôn dự kiến ​​​​dưới 50.000 chu kỳ. Những vật liệu này có thể không thể hiện khả năng chống nứt hoặc hàn lâu dài như các vật liệu thay thế cao cấp, nhưng chúng đủ dùng cho các hoạt động hạn chế khi việc thay thế hoặc sửa chữa khuôn được lên kế hoạch trước. Ngoài ra, các loại thép này dễ gia công và đánh bóng hơn, giảm thời gian sản xuất và mài mòn dụng cụ trong quá trình chế tạo khuôn. Họ cũng thường dễ tha thứ hơn khi nói đến các biến thể xử lý nhiệt, điều này có thể có lợi trong các cơ sở sản xuất nhỏ hoặc môi trường tạo mẫu.

Thứ ba, khả năng sửa chữa và dễ dàng làm lại đều có ý nghĩa quan trọng trong cả hai bối cảnh sản xuất nhưng được tiếp cận khác nhau. Trong các khuôn có khối lượng lớn, trọng tâm là ngăn ngừa hư hỏng thông qua các đặc tính vật liệu vượt trội và các biện pháp xử lý bảo vệ như thấm nitơ hoặc phủ. Mục tiêu là kéo dài tuổi thọ và giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động vì việc thay thế khuôn hiệu suất cao rất tốn kém và mất thời gian. Ngược lại, khuôn có khối lượng thấp có thể được thiết kế với các chi tiết hoặc bộ phận có thể thay thế được, dễ gia công lại hoặc xây dựng lại hơn. Vật liệu được chọn phải cho phép dễ dàng hàn hoặc tái tạo bề mặt mà không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn cơ học tổng thể, làm cho độ bền và khả năng hàn trở thành đặc tính quan trọng trong các ứng dụng ngắn hạn.

Thứ tư, độ dẫn nhiệt và hiệu suất làm mát đóng vai trò rất quan trọng trong sản xuất khối lượng lớn, trong đó thời gian chu kỳ phải được tối ưu hóa để đạt được hiệu quả kinh tế. Vật liệu có độ dẫn nhiệt cao hơn giúp thoát nhiệt nhanh hơn, giảm thời gian đông đặc và do đó tăng năng suất. Tuy nhiên, trong sản xuất khối lượng thấp, thời gian chu kỳ có thể không phải là mối quan tâm quan trọng nhất, do đó, vật liệu có độ dẫn nhiệt thấp hơn một chút vẫn có thể được chấp nhận, đặc biệt nếu chúng có khả năng gia công được cải thiện và chi phí vật liệu thấp hơn. Điều đó có nghĩa là, đối với các bộ phận hoặc bộ phận có độ phức tạp cao có dung sai chặt chẽ ngay cả ở khối lượng thấp, độ dẫn nhiệt cao vẫn có thể được ưu tiên để đảm bảo chất lượng bộ phận và độ lặp lại kích thước.

Thứ năm, khả năng tương thích xử lý bề mặt ảnh hưởng đến việc lựa chọn vật liệu khác nhau trong cả hai trường hợp. Đối với khuôn có khối lượng lớn, vật liệu phải tương thích với các kỹ thuật kỹ thuật bề mặt tiên tiến như thấm nitơ plasma, phủ PVD hoặc hợp kim khuếch tán. Những phương pháp xử lý này giúp kéo dài đáng kể tuổi thọ sử dụng và phải liên kết tốt với nền thép. Các loại thép chấp nhận các lớp thấm nitơ sâu, cứng hoặc chống lại sự mềm hóa trong quá trình xử lý PVD thường được lựa chọn. Trong các hoạt động với khối lượng thấp, việc xử lý bề mặt có thể bị giới hạn ở việc đánh bóng cơ bản hoặc làm cứng cục bộ và do đó vật liệu phải hoạt động đáng tin cậy ngay cả khi không có những cải tiến như vậy.

Thứ sáu, tính nhất quán trong sản xuất và kỳ vọng về chất lượng bộ phận cũng ảnh hưởng đến việc lựa chọn nguyên liệu. Trong các ngành công nghiệp như ô tô hoặc hàng không vũ trụ, nơi ngay cả các bộ phận có khối lượng thấp cũng phải đáp ứng các thông số kỹ thuật nghiêm ngặt, vật liệu khuôn phải hỗ trợ độ hoàn thiện bề mặt tuyệt vời, độ chính xác về kích thước và khả năng chống biến dạng. Điều này có thể có nghĩa là sử dụng cùng loại thép chất lượng cao bất kể số lượng sản xuất. Ngược lại, trong các ngành công nghiệp như hàng tiêu dùng hoặc vỏ thiết bị, các yêu cầu về chất lượng bề mặt hoặc kích thước ít nghiêm ngặt hơn có thể cho phép sử dụng vật liệu khuôn ít tốn kém hơn cho các công cụ ngắn hạn.

Thứ bảy, thời gian thực hiện và độ phức tạp của dụng cụ thường quan trọng hơn trong các ứng dụng có khối lượng thấp. Việc giao khuôn nhanh thường là cần thiết để xác nhận thiết kế, hỗ trợ R&D hoặc thực hiện các đơn đặt hàng tùy chỉnh. Do đó, những vật liệu được gia công nhanh hơn, phản ứng tốt với cắt dây và EDM, đồng thời yêu cầu ít xử lý nhiệt sau gia công hơn sẽ được ưu tiên hơn. Trong các hoạt động với khối lượng lớn, lịch trình gia công được lên kế hoạch trong khoảng thời gian dài hơn, cho phép xây dựng khuôn phức tạp, tích hợp nhiều hạt dao và các bước làm cứng hoặc phủ tốn nhiều thời gian. Ở đây, thời gian được đánh đổi để lấy độ bền và độ ổn định đầu ra lâu dài.