塑料模具钢及热处理

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章 塑料模具钢及热处理,3.1,塑料模具钢的性能要求及分类,3.2,塑料模具钢的性能介绍,3.3,塑料模具钢的选用,3.1.1,塑料模具的工作条件,塑料模具的工作条件如,表,3-1,所示。,塑料模具按成型固化不同可分为热固性和热塑性塑料模具。热固性塑料模具在工作时，塑料为固态粉末料或预制坯料，加入型腔并在一定温度下经热压成型，受力大并受一定冲击，摩擦较大，热机械负荷及磨损较大。热塑性塑料模具是使塑料在黏流状态下通过注射、挤压等方法进入模具型腔加工成型的模具，塑变抗力小，,!,受热、受压、受磨损情况不严重，但当加入固体填充料时，磨损会大大增加。,3.1,塑料模具钢的性能要求及分类,下一页,返回,3.1.2,塑料模具常见的失效形式,1.,磨损及腐蚀,1,）磨损,因热固性塑料中一般是含有一定量固体填充剂，在加热后软化、熔融的塑料中成为,-,“,硬质点,”,，冲入模具型腔后，与模具型腔表面摩擦较大，致使型腔表面拉毛，粗糙度变大；且一旦出现这种现象，会使塑料与型腔之间摩擦加大，使被压制的塑料件表面粗糙度不合格而报废。因此，一经发现模具型腔表面有拉毛现象，应及时卸下抛光。而经过多次抛光后型腔扩大，对尺寸要求严格的塑料件即为超差，模具因此而报废。,3.1,塑料模具钢的性能要求及分类,下一页,返回,上一页,2,）腐蚀,因不少塑料中含有氯、氟等元素，加热至熔融状态后会分解出氯化氢（,HCl,）或氟化氢（,HF,）等腐蚀性气体会腐蚀模具型腔表面，这就加大了其表面粗糙度，也加剧了模具型腔的磨损，最终导致模具失效。,2.,塑性变形,模具在持续受热、受压条件下长期工作后，会发生因局部塑性变形而失效的现象。,3.1,塑料模具钢的性能要求及分类,下一页,返回,上一页,3.,断裂,塑料模具一般有多处凹槽、薄边等，易造成应力集中，所以必须有足够韧性。为此，大、中型复杂型腔的模具应优先采用高韧性钢（渗碳钢或热作模具钢），一般不用碳素工具钢。,3.3.1,塑料模具钢的性能要求,根据对上述各类塑料模具的工作条件和失效形式分析，塑料模具材料应有下列性能要求。,1.,塑料模具钢的使用性能要求,（,1,）足够的强度和硬度，以使模具能承受工作时的负荷而不致变形。通常塑料模的硬度在,38,55HRC,范围内。,3.1,塑料模具钢的性能要求及分类,下一页,返回,上一页,形状简单抛光性能要求高的，工作硬度值可取高些；反之，工作硬度值可取低些。,（,2,）良好的耐磨性和耐腐蚀性，以使模具型腔的抛光表面粗糙度和尺寸精度能保持长期使用而不改变。,（,3,）足够的韧性，这是保证模具在使用过程中不会过早开裂的重要性能指标。,（,4,）较好的耐热性能和尺寸稳定性。要求模具材料有较低的膨胀系数和稳定的组织。塑料模具材料中钢的膨胀系数较小，铍青铜次之，铝合金和锌合金的膨胀系数则较大。,（,5,）良好的导热性，以使塑料制件尽快地在模具中冷却成型。,3.1,塑料模具钢的性能要求及分类,下一页,返回,上一页,2.,塑料模具钢的工艺性能要求,随着塑料制品种类的增加和质量要求的提高以及塑料制品成型工艺趋向高速化、大型化、精密化和多型腔化，对塑料模具材料还提出了较高的加工工艺性能要求。,（,1,）锻造性能：材料的导热性好，在加热过程中容易内外热透,#,材料塑性好，变形抗力小，锻打时不易出现开裂，可锻性好。,（,2,）机械加工性能：塑料模具型腔的几何形状大多比较复杂，型腔表面质量要求高，难加工部位相当多；因此，模具材料应具有优良的切削加工性能和磨削加工性能。对较高硬度的预硬化塑料模具钢，为了改善其切削加工性能，通常向钢中加入,S,、,Pb,、,Ca,、,Se,等元素，从而得到易切削预硬化钢。,3.1,塑料模具钢的性能要求及分类,下一页,返回,上一页,（,3,）焊接性能：塑料模型腔在加工中受到损伤或在使用中被磨损需要修复时，常采用焊补的方法（局部堆焊），因此模具材料要有较好的焊接性能。,（,4,）热处理工艺性能：热处理工艺应简单，材料有足够的淬透性和淬硬性，变形开裂倾向小，工艺质量稳定。,（,5,）镜面抛光性能：塑料制品的表面粗糙度主要取决于模具型腔表面的粗糙度。一般塑料模型腔面的粗糙度,Ra,在,0.16,0.08,m,之间，粗糙度低于,Ra0.5,m,时可呈镜面光泽。尤其是用于制造透明塑料制品的模具，对模具材料的镜面抛光性能要求更高。镜面抛光性能不好的材料，在抛光时会形成针眼、空洞和斑痕等缺陷。,3.1,塑料模具钢的性能要求及分类,下一页,返回,上一页,3.1.4,塑料模具钢的分类,塑料模具按生产方式可分为注射成型模、挤出成型模、热压成型模等。根据塑料的类型及对成型塑料制品的尺寸、精度、质量、数量的要求，并考虑已有的模具生产条件，可以选用不同类型的塑料模具钢。,我国目前用于塑料模具的钢种可按照钢材特性和使用时的热处理状态分类，见,表,3-2,。,从模具制造所要求的工艺性能和模具的使用性能考虑，塑料模具钢与冷作、热作模具钢应有一定的区别，因此近年来，国外已经形成一个专用的塑料模具钢系列，国内也正向这个方向发展。,3.1,塑料模具钢的性能要求及分类,下一页,返回,上一页,目前已纳入国家标准的塑料模具钢有,2,种：,3Cr2Mo,和,3Cr2MnNiMo,钢，纳入行业标准的已有,20,多种，已在生产中推广应用,10,多种新型塑料模具钢，初步形成了我国塑料模具用钢体系。,3.1,塑料模具钢的性能要求及分类,返回,上一页,3.2.1,碳素型塑料模具钢,国外通常利用,C,质量分数为,0.5%,0.6%,的碳素钢作为碳素塑料模具钢。国内对于生产批量不大、没有特殊要求的小型塑料模具、采用价格便宜、来源方便、加工性能好的碳素钢制造。为了保证塑料模具具有较低的表面粗糙度值，对碳素钢的冶金质量提出了一些特殊要求，如钢材的有害杂质含量、低倍组织等。这类钢一般适用于普通热塑性塑料成型模具。本章主要介绍,SM45,、,SM50,和,SM55,等,3,种碳素塑料模具钢。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,1.SM45,钢,SM45,钢属优质碳素塑料模具钢，与普通优质,45,碳素结构钢相比，其钢中的,S,和,P,含量低，钢材纯度好。由于,SM45,钢的淬透性差，制造较大尺寸的塑料模具，一般用热轧、热锻或正火状态，模具硬度低，耐磨性较差；制造小型塑料模具，用调质处理可获得较高的硬度和较好的强韧性。钢中含碳量中等，形状简单的模具一般采用水冷淬火，形状复杂的小型模具水淬容易出现裂纹，一般采用水淬油冷。,SM45,钢的优点是价格便宜，切削加工性能好，淬火后具有较高的硬度，调质处理后具有良好的强韧性和一定的耐磨性，被广泛用于制造中、低档的塑料模具。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,1,）热加工,SM45,钢锻造工艺规范见,表,3-4,2,）预备热处理,（,1,）锻后退火：加热温度为,820,840,，保温一定时间后炉冷。,（,2,）高温回火：加热温度为,680,720,，保温一定时间出炉空冷。,（,3,）正火：加热温度为,830,880,，保温一定时间后空冷。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,3,）淬火及回火,推荐的淬火工艺规范：淬火温度为,820,840,，水冷或油冷，硬度,50HRC,。,推荐的回火工艺规范：回火温度为,500,560,，空冷，硬度为,25,33HRC,。,表,3-5,为回火温度与硬度的关系。,4,）力学性能,SM45,钢不同回火温度的力学性能见,表,3-6,2.SM50,钢,SM50,钢属碳素塑料模具钢，其化学成分与高强中碳优质结构钢,50,钢相近，但钢的洁净度更高，,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,含碳量的波动范围更窄，力学性能更稳定。,SM50,钢经正火或调质处理后，具有一定的硬度，强度和耐磨性，而且价格便宜，切削加工性能好，适宜制造形状简单的小型塑料模具或精度要求不高、使用寿命不需很长的模具等。但,SM50,钢的焊接性能不好，冷变形性能差。,1,）热加工,SM50,钢锻造工艺规范见,表,3-7,2,）预备热处理,（,1,）退火：加热温度为,810,830,，炉冷。,（,2,）正火：加热温度为,820,870,，空冷。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,3,）淬火及回火,淬火温度为,820,850,，水冷或油冷，硬度,50HRC,。回火温度为,200,650,。,4,）力学性能,SM50,钢不同回火温度的力学性能见,表,3-9,。,3.SM55,钢,SM55,钢属碳素塑料模具钢，其化学成分与高强中碳优质结构钢,55,钢相近，但钢的洁净度更高，含碳量的波动范围更窄，力学性能更稳定。,SM55,钢经热处理后具有较高的表面硬度、强度、耐磨性和一定的韧性，一般在正火或调质处理后使用。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,该钢价格便宜、切削加工性能中等，当硬度为,179,229HBS,时，相对加工性为,50%,，但钢的焊接性和冷变形性,均低，只适宜制造形状简单的小型塑料模具或精度要求不高、使用寿命不需要很长的塑料模具。,1,）热加工,SM55,钢锻造工艺规范见,表,3-10,2,）预备热处理,（,1,）退火：加热温度为,770,810,，炉冷。,（,2,）高温回火：加热温度为,680,720,，空冷。,（,3,）正火：加热温度,810,860,，空冷。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,3,）淬火及回火,淬火温度为：,（,1,）加热温度为,790,830,，水冷，硬度,55HRC,。,（,2,）加热温度为,820,850,，油冷。,回火温度为,400,650,，硬度为,24,45HRC,。,4,）力学性能,回火温度对,SM55,钢力学性能的影响见,表,3-12,。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,3.2.2,渗碳型塑料模具钢,渗碳型塑料模具钢主要用于冷挤压成型塑料模具，一般要求较低的含碳量，同时钢中加入能提高淬透性而固溶强化铁素体效果又小的合金元素。,Cr,、,Ni,是比较理想的元素，,Si,的含量应尽量低。这类钢首先要冷挤压成形，因此其退火态必须有低的硬度、高的塑性和低的变形抗力。成形复杂型腔时，其退火硬度,100HBS,；成形浅型腔时，其退火硬度,160HBS,。为了提高模具的耐磨性，这类钢在冷挤压成形后一般需进行渗碳和淬火、回火处理，使模具有一定的硬度、强度和耐磨性，表面硬度可以达到,58,62HRC,，而心部仍有较好的韧性。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,由于模具为冷挤压成形，无须再进行切削加工，故模具制造周期短，便于批量加工，而且精度高。,1.20,钢,20,钢属于低碳钢，特点是强度低，塑性和韧性较高，切削加工性和焊接性很好。含锰量低的,20,钢的切削加工性比含锰量高的要差些，但可以用正火或冷变形的方法来改善，冷变形还可以提高钢的强度，而正火可以提高钢的韧性，所以采用冷挤压成形的模具在冷挤压加工前最好先进行正火处理，退火虽然能提高,20,钢的韧性，但由于其缓慢的冷却可能引起游离铁素体在晶粒边界上析出，会严重影响钢的切削加工性与加工后应有的表面粗糙度，因此,20,钢不适宜在退火状态下制造各类零件。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,20,钢适宜制作普通的中小型塑料模具。为了提高模具型腔的耐磨性，模具成形后需进行渗碳或碳氮共渗热处理，然后再进行淬火和低温回火，从而保证模具表面具有高硬度、高耐磨性，心部具有很好的韧性。,1,）热加工,20,钢锻造工艺规范见,表,3-14,（,1,）退火：加热温度为,880,900,，保温一定时间炉冷。,（,2,）正火：加热温度为,890,920,，保温一定时间，空冷，硬度,156HBS,。,（,3,）高温回火：加热温度为,680,720,，保温一定时间，空冷。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,2,）淬火及回火,淬火温度为,860,900,，水冷或油冷，回火温度为,160,180,，空冷。,3,）渗碳淬火,渗碳温度为,900,920,，淬火温度为,780,800,，水冷，硬度,60HRC,。回火温度为,160,180,，表面硬度为,58,62HRC,，心部硬为,160,190HBS,。,4,）碳氮共渗及淬火,碳氮共渗温度为,840,860,，碳氮共渗后直接淬火。淬火温度,840,860,，水冷或油冷，硬度,60HRC,，,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,回火温度为,160,180,，表面硬度为,58,62HRC,，心部硬度为,160,190HBS,。,2.20Cr,钢,20Cr,钢的强度和淬透性比含碳量相同的碳素钢都有明显提高,!,油淬到半马氏体硬度的淬透性为,20,23mm,。,20Cr,钢经淬火，低温回火后具有良好的综合力学性能，低温冲击韧度良好，回火脆性不明显。渗碳时钢的晶粒有长大倾向，所以要求二次淬火以提高心部韧性，不宜降温淬火。当正火后硬度为,170,217HBS,时，,20Cr,钢的相对切削加工性为,65%,，焊接性中等，焊接前要预热到,100,150,，冷变形时塑性中等。该钢适于制造中、小型塑料模具。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,为了提高模具型腔的耐磨性，模具成形后需要进行渗碳热处理或碳氮共渗热处理，然后再进行淬火和低温回火，从而保证模具表面具有高硬度、高耐磨性且心部具有很好的韧性。对于使用寿命要求不高的模具，也可以直接进行调质处理。,1,）热加工,20Cr,钢锻造工艺规范见,表,3-15,2,）预备热处理,（,1,）退火：加热温度为,860,890,，炉冷，硬度,179HBS,。,（,2,）正火：加热温度为,870,900,，空冷，硬度,217 HBS,。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,（,3,）高温回火：加热温度为,700,720,，空冷，硬度,179 HBS,。,3,）淬火及回火,（,1,）淬火：加热温度为,860,890,，油冷或水冷。,（,2,）回火：加热温度为,450,480,，硬度,250 HBS,。,4,）渗碳及淬火,渗碳：加热温度为,900,920,，淬火：一次淬火温度为,860,890,，油冷或水冷；二次淬火温度为,780,820,，油冷或水冷。回火温度为,170,190,，表面硬度为,58,62HRC,。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,5,）渗碳及表面感应加热淬火,渗碳：加热温度为,900,920,，根据需要感应加热。回火温为,150,170,，表面硬度为,58,65HRC.,6,）碳氮共渗及淬火,碳氮共渗温度为,840,860,，淬火温度为,840,860,，油冷或水冷，硬度,60HRC,。回火温度为,160,180,，硬度为,58,62HRC,。,7,）力学性能,20Cr,钢不同回火温度的力学性能见,表,3-16,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,3. 12CrNi3,钢,12CrNi3,钢属于合金渗碳钢，比,12CrNi3,钢有更高的淬透性，可以用来制造比,12CrNi2,钢零件截面尺寸稍大的零件。在淬火、低温或高温回火后，,12CrNi3,钢有良好的综合力学性能，当硬度在,260,320HBS,时，相对切削加工性为,60%,70%,。另外,12CrNi3,在退火后硬度低、塑性好，既可以采用切削加工的方法制造模具，也可以采用冷挤压成形的方法制造模具。为提高模具型腔的耐磨性，模具成形后需进行渗碳热处理，然后再进行淬火和低温回火，从而保证模具表面具有高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韧性。但是,12CrNi3,钢有回火脆性和形成白点的倾向，焊接性中等，一般作渗碳钢用，,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,也可以在调质后使用。,12CrNi3,钢适宜制造大、中型塑料模具。,3.2.3,调质型塑料模具钢,1.40Cr,钢,40Cr,钢是机械制造业中使用最广泛的钢种之一。,40Cr,钢的淬透性良好，水淬时可淬透到,28,60mm,，油淬时可淬透到,15,40mm,。,40Cr,钢调质热处理后具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度和低的缺口敏感性。该钢的切削加工性一般，当硬度为,174,229HBS,时，相对切削加工性为,60%,，,40Cr,钢除调质处理外还可以进行渗氮和高频淬火处理，适于制作中型塑料模具。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,3.2.4,淬硬型塑料模具钢,对于负荷较大的热固性塑料模具和注射模具除了型腔表面应有高耐磨性之外，还要求模具基体具有较高强度、硬度和韧性，以避免或减少模具在使用中产生塌陷、变形和开裂现象。这类模具可选用淬硬型塑料模具钢来制造。常用的淬硬型塑料模具钢有碳素工具钢、低合金冷作模具钢、,Cr12,型钢、高速钢、基体钢和某些热作模具钢等等。这些钢的最终热处理一般是淬火和低温回火，热处理后的硬度通常在,45HRC,以上。其中，碳素工具钢仅适于制造尺寸不大、受力较小、形状简单以及变形要求不高的塑料模，利用其淬透性低的特点来制造要求表面耐磨,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,而心部有一定韧性的凹模是十分适宜的；低合金冷作模具钢主要用于制造尺寸较大、形状较复杂和精度较高的塑料模；,Cr12MoV,钢适于制造要求高耐磨性的大型、复杂和精密的塑料模；,Cr12MoV,钢适于制造要求强度高和耐磨性好的塑料模；热作模具钢适合于制造有较高强韧性和一定耐磨性的塑料模具。,另外，,6CrNiSiMnMo,（,GD,）钢也是近年新推广使用的一种淬硬型塑料模具钢。由于该钢强韧性高、淬透性和耐磨性好、淬火变形小、成本低，用此钢取代,Cr12MoV,钢或基体钢制造大型、高耐磨、高精度塑料模具，不仅降低了成本，而且提高了塑料模具的使用寿命。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,1. Cr12MoV,钢,Cr12MoV,钢较,Cr12,钢含碳量低，且加入适量,Mo,和,V,，碳化物不均匀度有所改善。,Mo,能减轻碳化物偏析并提高淬透性，能细化晶粒增加韧性。,Cr12MoV,钢有高淬透性，截面在,400mm,以下可以完全淬透，在,300,400,仍可保持良好的硬度和耐磨性，较,Cr12,钢有高的韧性，淬火时体积变化量小，又有高的耐磨性和良好的综合力学性能，所以可以制造截面大、形状复杂、经受较大冲击的各种塑料模具。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,3.2.5,预硬型塑料模具钢,有些塑料模具钢在加工成形后进行热处理时变形较大，无法保证模具的精度，因此模具钢以预硬化钢的形式供应市场，这样易于制造高精密的塑料模具且降低生产成本。,所谓预硬型塑料模具钢就是钢厂供货时已预先对模具钢进行了热处理，使之达到了模具使用时的硬度。根据模具工作条件,!,这个硬度范围变化较大，较低硬度为,25,35HRC,，较高硬度为,40,50HRC,。在这种硬度条件下，可以把模具加工成形后不再进行热处理而直接使用，从而保证了模具的制造精度。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,预硬化型塑料模具钢虽然在钢厂已进行了最终热处理，但如果要进行改锻或进一步改变硬度和力学性能，可以重新进行淬火、回火，而且必须在锻造后进行退火热处理。本书在介绍预硬型模具钢时，是按照常规钢材进行热加工和热处理介绍的。,3Cr2Mo,（,P20,）钢,P20,钢是我国引进的美国塑料模具常用钢，这种钢在国际上得到了广泛的应用，其综合力学性能较好、淬透性高，可以使截面尺寸较大的钢材获得较均匀的硬度。,P20,钢具有很好的抛光性能，制成模具的表面粗糙度值低。用该钢制造模具时一般先进行调质处理，硬度为,28,35HRC,，再经冷加工制成模具后可直接使用，,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,这样既保证了模具的使用性能，又避免了热处理引起模具的变形。因此该钢种适于制造大、中型和精密塑料模具以及低熔点合金压铸模具等。,2. Y55CrNiMnMoVS,（,SM1,）钢,SM1,钢是我国研制的含,S,系易切削塑料模具钢，其特点是预硬态交货，预硬硬度为,35,40HRC,，在此硬度下仍具有较好的切削加工性，模具加工后不再进行热处理，可直接使用。另外此钢还具有耐蚀性较好和可渗碳等优点。,SM1,钢中加入,Ni,起固溶强化作用并增加韧性；加入,Mn,与,S,形成易切削相,MnS,加入,Cr,、,Mo,、,V,，增加钢的淬透性，同时能起强化作用。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,3. 8Cr2MnWMoVS,（,8Cr2S,）、,38CrMoAl,钢,8Cr2S,钢属易切削精密塑料模具钢，是为了满足精密塑料模和薄板无间隙精密冲裁模的急需而设计的。其成分设计采用了高碳多元少量合金化原则，以,S,作为易切削元素。,8Cr2S,钢作为预硬钢适于制造各种类型的塑料模具，配合精密度较其他合金工具钢模具高,1,2,个数量级，表面粗糙度水平高,1,2,级，使用寿命普遍高,2,3,倍，有的模具使用寿命高十几倍。,3. 8Cr2MnWMoVS,（,8Cr2S,）、,38CrMoAl,8Cr2S,钢属超高强度钢，具有高的耐磨性和抗疲劳强度，但淬透性不高，只能淬透,30mm,，冷变形塑性低、焊接性差。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,38CrMoAl,钢为高级渗氮钢，有很好的渗氮性能和力学强度，渗氮处理后具有高的表面强度，即使过热也难软化，并有高的抗疲劳强度。这种钢在高的渗氮温度保温和缓冷过程中也没有回火脆性，并有良好的耐热性，以及好的耐腐蚀性。,38CrMoAl,钢适宜制作要求高的耐磨性、抗疲劳强度以及处理后尺寸精确的渗氮零件，一般在调质及渗氮后使用。,3.2.6,耐蚀型塑料模具钢,当生产会产生化学腐蚀介质的塑料制品时，模具材料必须具有较好的抗腐蚀性能。当塑料制品的产量不大、要求不高时，可以在模具表面采取镀铬保护措施，,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,但大多数情况需采用耐蚀钢制造模具，一般采用中碳或高碳的高铬马氏体不锈钢，如,2Cr13,、,3Cr13,、,4Cr13,、,9Cr18,、,9Cr18Mo,、,Cr14MoV,、,1Cr17Ni2,、,Cr18MoV,和,3Cr17Mo,等钢。,为了提高耐腐蚀模具钢的加工精度，国内又研制了马氏体时效硬化钢,PCB,（,0Cr16Ni4Cu3Nb,）和,AFC,77,（,1Cr14Co13Mo5V,）钢，这类钢适于制造要求高耐磨、高精度和耐腐蚀的塑料模具，提高了耐腐蚀模具钢的产品质量，延长了模具钢的使用寿命，有关这两种钢的性能已在时效硬化型塑料模具钢中介绍。,耐腐蚀塑料模具零件的热处理和一般不锈钢制品的热处理基本相同，为了得到模具使用中所要求的综合力学性能和较好的抗蚀性能、耐磨性能，,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,还要经过适宜的淬火、回火处理。下面介绍几种常用的不锈钢。,1.2Cr13,钢,2Cr13,钢属马氏体型不锈钢，其主要性质与,1Cr13,钢相同，具有较高的韧性和冷变形性能，机械加工性能良好。由于含碳量较,1Cr13,钢高，经热处理后其强度和硬度均比,1Cr13,钢稍高，具有优良的耐腐蚀性能，较好的韧性，适宜制造承受高负荷并存在腐蚀介质的透明和不锈明塑料模具。,2Cr13,钢冷状态时的拉深、冷冲工艺性良好，消除应力退火可以采用,730,780,回火，空冷。,2Cr13,钢焊后硬化倾向大，易产生裂纹。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,用,Cr202,、,Cr207,等焊条焊接时，焊前需经,250,350,预热，焊后需经,700,730,回火；用,A107,、,A207,等焊条焊接时，可以不进行焊后热处理。,2. 3Cr13,钢,3Cr13,钢属马氏体型不锈钢，其主要性能与,1Cr13,、,2Cr13,钢相同，但因含碳量较,1Cr13,钢和,2Cr13,钢都高，因此其强度、硬度、淬透性和热强性都较高。,3Cr13,钢在热处理后用作强度较高的结构件材料，适宜制造受到高机械载荷、腐蚀介质作用、在磨损条件下工作的、透明、不透明的塑料制品模具等。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,3. 0Cr16Ni4Cu3Nb,（,PCR,）钢,PCR,钢是一种马氏体沉淀硬化不锈钢，因其含碳量低，耐腐蚀性和焊接性都优于马氏体型不锈钢，而接近于奥氏体不锈钢。,PCR,钢热处理工艺简单,!,固溶处理后可获得单一的板条状马氏体组织，硬度为,32,34HRC,，具有良好的切削加工性能。该钢加工成形后在,460,480,进行时效处理，由于马氏体基体析出富铜相，使强度和硬度进一步提高，同时获得较好的综合力学性能。,PCR,钢经过时效处理以后，工件仅有微量变形，抛光性能好，抛光后可在,300,400,温度下进行,PVD,表面离子镀处理，处理后可获得大于,1600HV,的表面硬度。因此，,PCB,钢适于制造高耐磨、高精度和耐腐蚀的塑料模具，如氟塑料或聚氯乙烯成形模。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,4.0Cr17Ni4Cu4Nb,钢,0Cr17Ni4Cu4Nb,钢是一种马氏体沉淀硬化不锈钢，是传统的不锈钢。因含碳量低，耐腐蚀性和焊接性都优于马氏体不锈钢，而接近于奥氏体不锈钢。,.0Cr17Ni4Cu4Nb,钢热处理工艺简单，固溶处理后可获得单一的板条状马氏体，硬度为,32,34HRC,，具有良好的切削加工性能。经,460,480,时效后，钢的硬度达到,40HRC,，硬度和强度皆有所提高，同时可获得综合的力学性能。,0Cr17Ni4Cu4Nb,钢主要用于耐腐蚀、高耐磨、高精度的塑料模具。该钢与,PCR,钢基本相近。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,3.2.7,时效硬化型塑料模具钢,模具经热处理后变形是模具热处理的三大难题之一。预硬型塑料模具钢解决了模具热处理变形问题，但模具要求硬度高又给模具加工造成困难。在制造模具、尤其是制造复杂、精密、长使用寿命的塑料模具时，如何既保持模具的加工精度，又使模具具有较高硬度，是模具材料选型中面临的一个重要难题。为此发展了一系列的时效硬化型塑料模具钢。模具零件在淬火后变软，便于切削加工成形，然后再进行时效硬化，获得所需的综合力学性能。,时效硬化型塑料模具钢有马氏体时效硬化钢和析出硬化钢两大类。马氏体时效硬化钢有高的屈强比、良好的切削加工性和焊接性能、热处理工艺简单等优点。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,为了降低材料费用，近年来开发了一类低钴、无钴、低镍的马氏体时效钢，其代表钢种如,06Ni,（,06Ni6CrMoVTiAl,）钢、,AFC-77,（,1Cr14Co13Mo5V,）钢；另一类为低合金时效硬化钢，代表钢号如中国自行开发的,25CrNi3MoAl,钢、,PMS,（,1Ni3MnMoCuAl,）钢和,PCR,（,0Cr16Ni4Cu3Nb,）钢等，另外还有美国的,P2,（,20CrNi4AlV,）钢，日本大同特殊钢公司的,NAK,（,15Ni3MnMoAlCuS,）钢等，这类钢经固溶处理后，硬度为,30HRC,左右，时效处理后，由于金属间化合物,Ni3Al,析出而得到强化，硬度可以上升到,38,42HRC,如再进行渗氮处理。可以使模具表面硬度达到,1100HV,左右,时效硬化型塑料模具钢主要用于制造精密、复杂的热塑性塑料制品用模具。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,1.06Ni6CrMoVTiAl,（,06Ni,）钢,06Ni,钢属低镍马氏体时效钢。该种钢的突出特点是固溶处理后变软，切削加工性能好，可进行冷加工，加工成形后再进行时效硬化处理，减少了模具热处理变形。时效后的硬度为,43,48HRC,变形在,0.05%,之内，此时具有良好的综合力学性能和一定的耐蚀性能，并可以渗氮、渗铬处理。因合金含量低，其价格比,18Ni,型马氏体时效钢低得多。,06Ni,钢的热处理工艺简便，适宜制造高精度的塑料模具和轻有色金属压铸模具等。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,2.1Ni3Mn2CuAlMo,（,PMS,）钢,PMS,钢是一种低碳的镍铜铝铁合金钢，是新型时效硬化型镜面塑料模具钢，具有优良的镜面加工性能，良好的冷热加工性能、电加工性能和综合力学性能。经固溶处理和时效热处理后，基体为贝氏体马氏体双相组织，热处理变形小，热处理工艺简便,#,固溶淬火后的硬度在,30HRC,左右，便于机械加工，在机械加工后进行时效处理，即可获得,40,45HRC,的较高硬度，最后进行抛光处理，模具表面得到镜面光亮度。,PMS,钢具有净洁抗蚀性能，图案蚀刻性能绝佳，是理想的光学透明塑料制品的成形模具材料。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,PMS,钢含有一定量的,Al,，因此特别适于进行表面渗氮和氮碳处理，处理后模具的表面硬度可达,1000HV,以上，适于制造工程塑料制品的成型模具。,PMS,钢一般采用电炉冶炼加电渣重熔，淬透性好，具有良好的综合力学性能，适于制造高镜面光亮度的塑料模具及高外观质量的家用电器塑料模具。,3.25CrNi3MoAl,钢,25CrNi3MoAl,属低,Ni,无,Co,时效硬化钢，含,Ni,量比,06Ni6CrMoVTiAl,钢更低。该钢为参照国外同类型钢的成分，并根据我国冶炼工业的特点及使用企业对性能的要求加以改进而设计的。该钢经,880,水淬或空冷后，硬度为,48,50HRC,，,3.2,塑料模具钢的性能介绍,下一页,返回,上一页,再经,680,（,4,6,）回火，硬度为,22,23HRC,；加工成形后经时效温度,520,540,时效时间为,6,8h,，硬度为,39,42HRC,，变形率为,0.04%,；若半精加工后去应力回火，变形率减少至,0.02%,0.01%,；时效的同时可进行渗氮，最后经研磨、抛光或光刻花纹后装配使用。,25CrNi3MoAl,钢适于制作变形率要求,0.05%,以下，镜面要求高或表面要求光刻花纹工艺的精密塑料模具。该钢经软化处理后，可适应冷挤压模腔制模工艺。,3.2,塑料模具钢的性能介绍,返回,上一页,1.,根据塑料制品的生产批量选用模具钢,选用模具钢种类与塑料制品的生产批量大小有关。生产批量小，对模具的耐磨性及使用寿命要求不高，为了降低模具造价，不必选用高级优质模具钢，只选用普通模具钢即可满足使用要求。,2.,根据塑料制品的种类和质量要求选用模具钢,（,1,）对型腔表面要求耐磨性好、心部要求韧性好，但形状并不复杂的塑料注射模具，可选用低碳结构钢和低碳合金结构钢。这类钢在退火状态下塑性很好且硬度低，退火后硬度为,85,135HBS,。其变形抗力小，可用冷挤压成形，大大减少了切削加工量。对于大、中型且型腔复杂的模具，,3.3,塑料模具钢的选用,下一页,返回,可选用,LJ,钢和,12CrNi3A,、,12CrNi4A,等优质渗碳钢。这类钢经渗碳、淬火、回火处理后，型腔表面有很好的耐磨性，模体又有较高的强度和韧性。,（,2,）对聚氯乙烯、氟塑料及阻燃,ABS,塑料制品，所用模具钢必须有较好的抗腐蚀性。因为这些塑料在熔融状态会分解出氯化氢、氟化氢、和二氧化硫等气体，对模具型腔有一定腐蚀性。这类模具中的成形件常用耐蚀塑料模具钢。,（,3,）生产以玻璃纤维作增强材料的塑料制品的注射模或压缩模时，要求有高硬度、高耐磨性、高的抗压强度和较高韧性，以防止模具型腔表面被过早磨损坏，,3.3,塑料模具钢的选用,下一页,返回,上一页,或因模具受高压而发生局部变形，故常用淬硬模具钢制造这类模用。经淬火,回火后可以得到所需的模具性能。,（,4,）制造透明塑料制品的模具，要求模具钢材有良好的镜面抛光性能和高耐磨性，所以应采用时效硬化型钢制造。用不同的塑料原料制造大小及形状不同的塑料制品时，应选用不同的塑料模具钢。,3.,根据塑料制品的尺寸大小及精度要求选用模具钢,对大型、高精度的注射模具，当塑料制品的生产批量大时，采用预硬化钢制造。由于模具型腔大，模具壁厚加大，因此对钢的淬透性要求高，热处理后要求变形小。,3.3,塑料模具钢的选用,下一页,返回,上一页,预硬型钢材在机械加工前进行预硬处理，机械加工后不再进行热处理，以防止热处理变形。预硬处理的模具钢既有较高的耐磨性，又有较高的强度和韧性。,4.,根据塑料制品形状的复杂程度选用模具钢,对于型腔复杂的注射模具，为减少模具热处理后产生变形和裂纹的机会，应选用加工性能好、热处理变形小的模具钢，如果塑料制品的生产批量小，可以选用经调质处理的,SM45,、,SM50,等钢。,5.,塑料模具中其他零件的材料选用,塑料模具上的其他零件（如导柱、导套、衬套、顶杆、拉料杆、各种模板、顶出板、固定支架、型芯以及型腔件等），,3.3,塑料模具钢的选用,下一页,返回,上一页,其抛光性、耐腐蚀性等要求较模具本身的要求低，一般可以选用与模具本身材料相同或性能稍低的常用模具钢材，经过合理的热处理即可。这样既能达到使用要求，又能降低模具成本。,3.3,塑料模具钢的选用,返回,上一页,表,3-1,塑料模具的工作条件,返回,表,3-2,塑料模具用钢分类,返回,表,3-4 SM45,钢锻造工艺规范,返回,表,3-5,回火温度与硬度的关系,返回,表,3-6 SM45,钢不同回火温度的力学性能,返回,表,3-7 SM50,钢锻造工艺规范,返回,表,3-9 SM50,钢不同回火温度的力学性能,返回,表,3-10 SM55,钢锻造工艺规范,返回,表,3-12,回火温度对,SM55,钢力学性能的影响,返回,表,3-14 20,钢锻造工艺规范,返回,表,3-15 20Cr,钢锻造工艺规范,返回,表,3-16 20Cr,钢不同回火温度的力学性能,返回,