ch5 塑料模具用钢及热处理.ppt
第五章 塑料模具用钢及热处理,Wheel Housing PC/ABS 轮罩盖,Baggage Doors (Millennium III®)行李舱门,Front Panel & Bumper facial PC/ABS前面板/保险杠,Door Housing & Side Panel (Millennium III®)门板&侧板,Interior panels(low-gloss Geloy® CR 5020)内装饰板,第一节 塑料模具的分类及工作条件,5.1.1塑料模具的分类及工作条件 分类 热固性塑料压模(胶木模)：用于各种胶木粉的压制成形。 热塑性塑料注射模：用于尼龙、聚甲醛、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等热塑性塑料的注射成形。,5.1塑料模具的工作条件及失效形式,第五章 塑料模具用钢及热处理 第一节 塑料模具的分类及工作条件,第五章 塑料模具用钢及热处理 第一节 塑料模具的分类及工作条件,塑料模具 合模力 受力分析 型腔内熔体的压力 开模力 (1)热固性塑料模具：工作温度一般在160250 ，快速成型时，模具的局部温度会较高。模腔承受压力一般为30200MPa，型腔表面易受腐蚀和磨损。 (2) 热塑性塑料模具：工作温度一般在200 以下，模腔承受压力为100200MPa。在塑料熔体充模时，会受到熔体的摩擦、冲刷。 对聚氯乙烯、氟塑料及阻燃级的ABS塑料，成型过程中会分解出HCl、SO2、HF等腐蚀性气体使模具表面腐蚀破坏。,主要因素，计算型腔的强度和刚度时，以此为据。,塑料成型模具的工作条件,5.1.2塑料模具的主要失效形式及性能要求,主要失效形式 表面磨损 变形 断裂,第五章 塑料模具用钢及热处理 第一节 塑料模具的分类及工作条件,表面磨损的主要原因及形式 热固性塑料对模具表面严重磨擦，会造成表面拉毛 塑料中含有云母粉、硅砂、玻璃纤维等固体无机填料时，会加剧模具的磨损。 由于塑料中存在氯、氟等元素，受热分解析出HCl、HF等强腐蚀性气体，加剧模具的磨损。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第一节 塑料模具的分类及工作条件,第五章 塑料模具用钢及热处理 第一节 塑料模具的分类及工作条件,塑性变形失效 模具型腔表面的硬化层过薄，变形抗力不足或工作温度高于回火温度而发生相变软化。,断裂失效 由于结构、温差产生的结构应力、热应力，因回火不足，在使用温度下残余奥氏体转变为马氏体引起局部体积膨胀，在模具内部产生组织应力所致。,对塑料模具的性能要求,第五章 塑料模具用钢及热处理 第一节 塑料模具的分类及工作条件,强度与韧性 使用性能 硬度与耐磨性 耐腐蚀性、耐热性 高度纯净 性能 机械加工性能 镜面加工性能 工艺性能 热加工性能、焊接修补 电加工性能,第五章 塑料模具用钢及热处理 第一节 塑料模具的分类及工作条件,对使用性能的要求,1)强度与韧性，使模具能承受开模力、熔体压力、锁模力的作用而不发生变形和开裂。 2)硬度与耐磨性，通常在38-55HRC范围内。形状简单、抛光性能要求高的模具，硬度可取高些：反之，硬度可取低些。 3) 耐腐蚀，以抵御HCl、SO2、HF等腐蚀性气体的侵蚀。 4)耐热性和尺寸稳定性，模具材料应有稳定的组织和低的热膨胀系数数模具变形。 5)材料应高度纯净，组织均匀致密，无网状及带状碳化物，无孔洞、疏松及白点等缺陷。,硬度与耐磨性由这些碳化物提供,第五章 塑料模具用钢及热处理 第一节 塑料模具的分类及工作条件,第五章 塑料模具用钢及热处理 第一节 塑料模具的分类及工作条件,不同类型塑料模具的工作硬度,第五章 塑料模具用钢及热处理 第一节 塑料模具的分类及工作条件,对加工工艺性能的要求,机械加工性能：塑料模具型腔复杂，表面质量要求高，因此应具有优良的切削和磨削加工性能。 镜面加工及图案蚀刻性能：在硬态下应具有良好的镜面抛光性能及花纹图案蚀刻性能。 热加工性能：淬透性高，热处理变形小，尺寸稳定性好。热处理后有高强韧性、高硬度和耐磨性。 焊接性能：模具磨损、崩块等修复时，常用焊补。 电加工性能：电加工时不会产生电加工硬化层。,用于塑胶模具的模块可抛光到镜面,第五章 塑料模具用钢及热处理 第一节 塑料模具的分类及工作条件,第五章 塑料模具用钢及热处理 第一节 塑料模具的分类及工作条件,影响模具材料镜面加工的主要因素,钢中第二相（Al2O3、硅酸盐以及碳化物）的数量、尺寸和分布。 第二相硬质点越多，其镜面加工性越差。 非金属夹杂物的危害比碳化物还大，因此，塑料模具钢大多为超清净钢。 钢的硬度。一般硬度越高其镜面加工性能越好因为硬度低会使抛光产生磨痕。 模具钢的组织均匀性。组织均匀性越好，镜面加工性能越好 实际仍是硬度问题。,5.2 塑料模具钢,塑料模具钢的分类 按钢种类型分为： 低碳低合金钢：渗碳型塑料模具钢 碳素结构钢 合金结构钢 合金工具钢 析出硬化钢 马氏体时效钢,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,这类钢的退火硬度较低，经冷挤压成型后进行渗碳和回火处理，使模具具有一定的硬度、强度和耐磨性，表面性能接近4Cr5MoSiV热模钢的水平。 由于这类模具系冷挤压成型，无须再进行切削加工，故制模周期短，便于批量生产，精度高。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,渗碳型塑模钢 碳素渗碳钢 合金渗碳钢 特点 表面具有高硬度和耐磨性 心部具有较好的强韧性 鸡蛋壳 较好的抛光性能 硬度与第二相 渗碳钢中碳的质量分数一般在0.10.25范围内，退火后硬度较低，具有良好的切削加工性能，也可采用冷挤压成形法制造模具。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,冷挤压成形法,冷挤压成形 无需进行切削加工少无切削加工 可大批量生产同形状模具 制模周期短、成本低，互换性好 为了冷挤压成形，这类钢在退火状态必须有高的塑性和小的变形抗力，冷加工硬化效应小。 退火硬度 100HBS， 成形复杂型腔时， 160HBS，成形浅型腔时，,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,常用渗碳型塑料模具钢的化学成分 C、Si、Mn、Cr、Ni、 Mo,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,渗碳型塑料模具钢的热处理,渗碳 直接淬火节能 热处理 淬火 一次淬火 二次淬火 低温回火通常为200 左右 使模具获得高的硬度、强度，一定的塑、韧性，保证了模具的使用性能，模具的寿命。 渗碳后一般应先缓冷，然后进行一次淬火。淬火温度应根据需要进行选择，通常控制在810850 之间，使模具表面和心部组织同时得到改善。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,二次淬火 对于性能要求较高的塑料模具,第一次淬火的目的：细化心部组织，并消除渗碳层中的网状碳化物。为了减小零件的变形，可以油冷，有时甚至可用正火代替。 第一次淬火的问题：虽然心部组织细化，但是渗碳层马氏体晶粒较粗大，因而脆性较大。 第二次淬火工艺与目的：较低的加热温度(760830 ) ，可细化渗碳层中的马氏体晶粒，获得渗碳层组织为隐晶马氏体以及均匀分布的细粒状碳化物提高韧性。 二次淬火会的不足：氧化、脱碳及变形等缺陷，生产周期长，经济效益低，一般不常采用。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,一、渗碳钢及合金渗碳钢,10、20钢是成分最简单、价格最便宜的渗碳钢。 渗碳后 表面高的硬度和耐磨性 因淬透性差，淬火后心部强度很低 适宜要求载荷小、强度低的模具。 钢中碳含量及合金元素含量，淬透性将 合金渗碳钢的淬透性较高淬火时可采用较缓和的冷却介质，从而减小了模具的热处理变形。 常用的合金渗碳钢牌号有20Cr、12CrNi2、12CrNi3、12CrNi4和20Cr2Ni4等。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,二、12CrNi3钢,中淬透性合金渗碳钢冷成形性能属于中等。 合金化原则：碳有利于冷成形；加入Ni、Cr钢的淬透性和渗碳层的强韧性，尤其是Ni ，在固溶强化的同时。 钢的塑性。 锻造工艺：加热温度为1200，始锻温度1150 ，终锻温度850 ，锻后缓冷。 退火工艺为：加热到740-760 ，保温4-6h，以5-10 h的速度缓冷至600 ，再炉冷至室温。退火后的硬度160HBS便于冷挤压成形。 若切削加工制模，须经正火处理。正火工艺为：加热到880900 ，保温3-4h后空冷。正火硬度229HBS，切削加工性能良好。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,12CrNi3钢的气体渗碳工艺,渗碳工艺900920 ×6-7h， 可获得0.91.0mm的渗碳层。 淬火工艺渗碳后预冷至800850 可直接 油冷或空冷淬火。 淬火后 表层硬度可达5662HRC， 心部硬度为250380HBS。 主要用于冷挤压成形复杂的浅型腔塑料模具，或用于切削加工成形大、中型塑料模具。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,三、20Cr2Ni4,高强度合金渗碳钢，淬透性、强韧性均超过12CrNi3钢。 晶粒粗大的问题：锻后如出现晶粒粗大，即使经正火及随后渗碳加热，在淬火后仍将得到粗大的马氏体组织。而且，当表面碳含量较高时，还易于在粗大奥氏体晶粒的晶界上形成网状碳化物。 解决措施 先在640670 回火6h后空冷，消除锻造后的残余应力 然后以大于20 min的速度加热到880-940 ，空冷 再在650-770 回火可获得均匀细小的珠光体和少量铁索体组织晶粒细化 再渗碳、淬火、回火,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,四、0Cr4NiMoV(LJ)钢,LJ钢为冷挤成形塑料模具专用钢华工。 合金化原则 碳量极低，塑性、变形抗力极低，其冷挤成形性与纯铁相近。 Cr、Ni、Mo、V等，淬透性、渗碳层的硬度、耐磨性和心部强度。 锻造工艺： 锻造加热温度为1230 ，始锻温 度为1200 。终锻温度为900 退火工艺： 880 ×2h，随炉冷至650 出炉 空冷，退火硬度为100105HBS。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,LJ钢渗碳速度快，比20钢快一倍。 固体渗碳工艺：930 ×6-8h 热处理： 渗碳后850870 油淬，200220 ×2h回火 表硬5860HRC，心硬2729HRC 特点冷挤成形的模具轮廓清晰、光洁、精度高 用途主要用来冷挤成形精密塑料模具。因渗碳层厚，不会出现鸡蛋壳和内壁咬伤的现象，使用效果良好。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,含碳量一般为0.5%0.6%，国内普遍采用45钢。 随着塑料制品精密化，形状复杂及大型化，成型方法的高速化，碳素结构钢逐渐被合金钢取代。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,定义：将锻造、轧制的模块预先调质处理到一定硬度(2040HRC) ，直接加工成模使用。 预硬型塑料模具钢 特点：完全避免了因热处理而引起的模具变形和开裂。 适用：模块、模板、中厚板。预硬钢最适宜制作形状复杂的大、中型精密塑料模具。 有利于模具材料的标准化、批量化。,含碳量一般为0.3%0.5%，并含有一定的Cr、Mn、V、Ni等合金元素，以保证淬透性。调质处理后，可获得单一组织和所需的硬度。 典型钢种H13（4Cr5MoSiV1），较高的耐热性能，适用于聚缩醛、聚酰胺（尼龙）等注射成型。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,易切削预硬钢,问题：预硬化钢的使用硬度一般在3042HRC，切削加工性能较差。 加入S、Se、Ca等元素形成易切削钢，既保证了较高的调质硬度（3943HRC），又保证了良好的切削性能，适用于尺寸精度要求较高的大型塑料模。如8Cr2S（8Cr2MnWMoVS）、5NiSCa等。 分类：S 条状MnS，软质点S-Ca、S-Re Pb球形软质点有毒 Se 球形软质点 Ca 低熔点Ca-Al-Si共晶化合物，硬质点软化、润滑。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,一、3Cr2Mo (P20),是目前GB/Tl2991985中唯一的专用塑模钢 特点： 与美国P20是同类型钢 镜面抛光性好 Ra0.05-0.10微米 淬透性好（Cr、Ni、Mo） 预硬硬度一般为3036HRC。 适用范围：主要用于制造中、小型塑料模具，如小型电视机、大型收录机的外壳和洗衣机面板盖等。 3Cr2Mo还可进行镀铬、渗碳、渗氮、气相沉积等表面处理，以提高模具型腔表面的耐磨性。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,3Cr2NiMo(P4410)钢,P20的改进型，加0.81.2(wt%)的Ni，以提高钢的淬透性和强韧性。 与瑞典的718钢一致。截面厚度为250 mm的钢坯经860加热淬火后整个截面的硬度均为45HRC左右。 P4410钢镜面抛光性能好，粗糙度可达Ra0.010.05m。经预硬到3236HRC后具有良好的车、铣、磨等切削加工性能。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,表面处理,可采用火焰局部加热到800825，在空气中自然冷却或压缩空气冷却，使局部表面的硬度达到5662HRC，以延长模具的使用寿命。 也可对模具进行表面镀铬表面硬度从370420Hv提高到1000Hv。 显著提高模具的耐磨性和耐蚀性。 该钢的焊接工艺性良好，可进行焊补修复。 该钢主要用于预硬截面厚度要求大于250mm的塑料成型模具。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,P20系列简介,国内有关单位在P20的基础上，研究开发了一系列模具材料，如 P20S、 易切削 P20BSCa 纺锤化MnS改性 P20SRe 纺锤化MnS改性 3Cr2NiMo(P4410) 提高淬透性及韧性 3Cr2MnMo 提高淬透性及韧性 3Cr2NiMnMo 提高淬透性及韧性 3Cr2NiMnMoV 还提高预硬性,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,二、Y55CrNiMnMoV(SM1)钢,SM1钢属含硫系易切削预硬塑料模具钢，经预硬处理后，硬度一般为3540HRC。在此硬度下，SM1钢具有高的强韧性、优良的切削加工性和镜面抛光性能。 碳含量淬透性和P20系列相比 SM1具有较好的耐蚀性和可渗氮等优点，广泛用于制造高精度塑料成型模具，如录音机外壳模具、洗衣机外壳模、继电器组合件注射模等。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,SM1钢的处理工艺,SM1钢碳、铬含量较低，具有比较好的锻造性能，锻造加热温度为1150，始锻温度为l050，终锻温度为850，锻后需进行球化退火。 等温球化退火工艺为：缓慢升温到810左右，保温2-4h，冷却到680等温4-6h，炉冷到550出炉，退火硬度为200HBS。 SM1钢的淬火加热温度为800-860，淬火硬度为58HRC，回火温度为620回火硬度为35-40HRC。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,三、5CrNiMnMoVSCa(5NiSCa)钢,5NiSCa钢是华工研制的新钢种，属于S、Ca复合系易切削预硬型塑料模具钢。该钢不仅具有良好的切削加工性，而且镜面抛光性也好，蚀刻花纹图案清晰逼真，并在使用中有较强的保持模具镜面的能力。 5NiSCa钢经880 加热油淬、600 回火的预硬处理后，硬度为36-48HRC，具有优良的综合力学性能、耐磨性能、等向性能、切削加工性能和镜面抛光性能，表面粗糙度可达Ra0.05-0.025m。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,5NiSCa钢,锻造工艺：锻造变形抗力小，塑性好，易锻造。 可进行镀铬或渗氮处理，既能保护型腔表面，又能提高表面硬度和耐磨性。 5NiSCa钢在高硬度(50HRC以上)仍可进行机械加工，具有高的韧性及止裂能力，且变形小。 5NiSCa可用于制作型腔复杂、精密的大、中、小型注射模具、橡胶模具和压塑模具 例如收录机、洗衣机等塑料模具，模具质量和使用寿命超过P20钢.,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,MnS,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,(Mn,Ca)S,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,四、8Cr2MnWMoVS(8Cr2S)钢,8Cr2S钢是华工研制的硫系易切削预硬高碳钢， 8Cr2S钢的锻造性能好，锻造加热温度为1100 1150，始锻温度为1060，终锻温度900。 锻后MnS沿锻轧方向延伸成条状。有各向异性 等温球化退火工艺为：790-810×2h，然后冷到700再保温6-8h，炉冷到550出炉空冷，退火硬度 229HBS，退火组织为细粒状珠光体。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,8Cr2S钢,淬火加热温度为860-920，油冷淬火、空冷淬火或在240-280硝盐中等温淬火都可以。 直径100mm的钢材空淬可以淬透，淬火硬度为62-64HRC。回火温度550-620，回火硬度为40-48HRC。 可进行渗氮、渗硼、镀铬、镀镍等表面处理。 因有S，预硬硬度为40-48HRC时仍可进行机械加工，加工性能与调质到30HRC的碳素钢相近。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,五、空冷12钢和Y82钢,空冷12钢属Mn-B系中高碳空冷贝氏体钢。具有良好的淬透性，在热锻或热轧后(终锻轧900 )空冷自硬化，再经低温回火，获得高强度、高硬度(50HRC)的细化B/M复相组织，变形极小，并能保持高的抛光性。 机理：微量B使C曲线P区大大右移，空冷淬火可得B/M复相组织。 生产工艺简单、节能、成本低(因省去了淬火重新加热程序)、模具寿命长。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,Y82钢,Y82钢属于Mn-B-S-Ca系中碳低合金易切削空冷预硬型贝氏体钢。采用少量Mn、B合金化，空冷即可获得BM复相组织，具有优良的强韧性和淬透性。 Y82钢加入适量的易切削元素S和Ca，改善了夹杂物的形态 Y82钢可以在预硬状态下加工成形，并可抛光至镜面，其特性与上述的空冷12钢相似。它在热成形后空冷，再经中温回火，获得硬度约40HRC及良好的强韧性配合。可用于电视机壳等模具。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,第五节 整体淬硬型塑料模具钢,用于压制热固性塑料、复合强化塑料(如尼龙型强化或玻璃纤维强化塑料)产品的模具，以及生产批量很大、要求模具使用寿命很长的塑料模具。 一般选用高淬透性的冷作模具钢和热作模具钢制造。这些材料通过最终热处理可保证模具在使用状态具有高硬度、高耐磨性和长的使用寿命。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,冷模具钢型,用于制造塑料模具的冷模具钢有T10A、9Mn2V、9SiCr、CrWMn、9CrWMn、Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1、7CrSiMnMoV（空淬钢）、GCr15钢等。 整体淬硬型塑料模具钢（冷作模具钢类）的最终热处理一般为淬火加低温回火，少数采用中温回火或高温回火，热处理后的硬度通常在4550HRC以上。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,热作模具钢型,与冷作模具钢比较，热作模具钢的韧性好，淬透性高，回火稳定性高，因此可以进行渗氮，从而大大提高了模具表面的耐磨性，更适合制造要求高温固化的塑料成型模具。 常用于制造塑料模具的热作模具钢有5CrNiMo、5CrMnMo、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、5CrW2Si钢等。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,热作模具钢型,这类钢淬透性高，如4Cr5MoSiV、 4Cr5MoSiV1、4Cr5MoSiVS(H11S)钢，当钢材截面尺寸小于150mm时，用空冷淬火就可以获得较高的硬度，从而有效地减少模具的热处理变形量，适宜制造复杂、精密的塑料成型模具。注：和预硬钢相比，变形很大！ 热作模具钢的最终热处理一般采用淬火加高温回火，使基体获得回火托氏体或回火索氏体组织，以保证钢材具有较高的韧性。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,在生产以聚氯乙烯、聚苯乙烯、添加阻燃剂为原料的塑料制品时，会产生 HCl、SO2、HF等腐蚀性气体，因此模具材料必须具有一定的耐腐蚀性能。 常用来制作塑料模具的耐蚀钢有3Cr13、4Cr13、9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo、Cr14Mo4V、1Cr17Ni2等不锈钢和马氏体时效不锈钢。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,一、高碳高铬型耐蚀钢,常用于制作塑料模具的高碳高铬型耐蚀钢有9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo、Cr14Mo4V钢等。 高碳高铬钢属于菜氏体钢。必须通过锻造使粗大碳化物均匀分布。钢坯的锻造加热温度为1100-1130 ，始锻温度为1050-1080 ，终锻温度为850-900 。锻后砂冷或灰冷。 为降低锻造后的硬度，改善切削加工性能，并为淬火做好组织准备，锻后应进行球化退火退火组织为粒状珠光体和均匀分布的粒状碳化物，退火硬度为179-255HBS。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,高碳高铬型耐蚀塑模钢的化学成分,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,二、中碳高铬型耐蚀钢4Cr13,属于马氏体不锈钢，严格地讲，只能耐大气和水蒸气腐蚀。在热处理后能获得较高的硬度和耐磨性可用于制造要求一定耐蚀性能的塑料模具。 软化处理可采用在750800进行高温回火26h，也可采用在875-900保温1-2h。以1520/h的速度冷至低于600 出炉空冷，退火硬度为170200HBS。 淬火温度10401060 。 回火温度 要求高硬和高耐蚀 200350 要求强度、塑性和冲击韧性有最佳 配合时， 650750 回火。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,三、低碳铬镍型耐蚀钢-1Cr17Ni2,属于马氏体型不锈耐酸钢，对于氧化酸类、盐类的水溶液有良好的耐蚀性。 具有较高的强度和硬度，耐蚀性能比4Cr13好。 缺点有脆性倾向，焊接性较差。 淬火温度一般为1000 回火温度 要求高硬和高耐蚀 250300 要求强度、塑性和冲击韧性有最佳 配合时， 600700 回火。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,四、0Cr16Ni4Cu3Nb (PCR)钢,马氏体沉淀硬化型不锈钢因碳含量低耐腐蚀性和焊接性都优于马氏体型不锈钢，而接近奥氏体不锈钢。 PCR钢热处理工艺简单，经1050 固溶处理后空冷可获得单一的板条马氏体组织，硬度为32-35HRC，具有良好的切削加工性能。 经460-480 时效处理后，由于马氏体基体析出富铜相，使强度和硬度进一步提高，达44HRC，可获得较好的综合力学性能。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,PCR钢,PCR钢经时效处理后，工件仅有微量变形其抛光性能良好。 抛光后可在300-400 进行PVD表面离子镀处理，可获得高于1600Hv的表面硬度。 因此，PCR钢适于制造要求高耐磨、高精度和耐腐蚀的塑料成型模具，如氟塑料、加阻燃剂塑料、聚氯乙烯塑料成型模具。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,问题提出为了模具的性能就要最终热处理 模具热处理变形导致精度 解决措施微变形最终热处理 时效硬化 固溶处理变软(28-34HRC)，可切削 加工，成形后进行时效处理 时效处理可力学性能，变形很小 优点 可切削、力学性能好、变形很小 焊接性能好、可进行渗氮等 应用宜制造复杂、精密塑料模具。价格高！ 分类 马氏体时效钢 析出硬化型时效钢,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,一、马氏体时效钢,马氏体时效钢具有高的强度/ 密度比、良好的可加工性和焊接性，及简单的热处理制度等优点，受到宇航工业的高度重视，得到了迅速的发展。 典型钢号是18Ni，屈服强度级别为1400-3500MPa典型牌号有18Ni(200)、18Ni(250)、18Ni(300)、18Ni(350)、06Ni6CrMoVTiAl等。 模具对钢材性能的要求比宇航工业低的多，为此发展了一些低钴、无钴、低镍的马氏体时效钢，如06Ni6CrMoVTiAl钢。使成本。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,18Ni类钢的化学成分和力学性能 Ni、Co、Mo、Ti、Al,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,合金化原则与强化机理？,大量加入Ni，确保固溶处理（淬火）后能获得单一的M组织、Ni与Mo相互作用形成时效强化相Ni3Mo， Ni 10wt后，还可 断裂韧度。 大量加入Co, 强化元素 Mo、Ti、Al 强化机理碳不是强化元素，其强化相为金属间化合物如： Ni3Mo 、Ni3Al、Ni3Ti或NiAl 等 马氏体时效钢即使很慢冷却也只能产生马氏体，不会出现淬透性不足的问题。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,马氏体时效钢的热处理工艺,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,工艺、性能、及应用,马氏体时效钢固溶处理后的硬度很低，一般在28HRC左右，可以进行切削加工。因时效的温度较低（480-520 ），对模具表面质量的影响不大。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,06Ni,06Ni6CrMoVTiAl钢属低镍无钴马氏体时效钢， 优点： 价格比18Ni 热处理变形小 固溶工艺：850 ×1h 空冷 26-28HRC 油冷 24-25HRC 水冷 22-23HRC,固溶后的冷却速度越快，硬度越低，但时效后的硬度却越高。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,06Ni,时效工艺520 ×6h，硬度为43-48HRC 组织板条M加析出的强化相(Ni3Al、Ni3Ti、TiC、TiN) 性能具有良好的综合力学性能和一定的耐蚀性能，并可以进行渗氮、镀铬。 应用 化工、仪表、轻工、电器、航空航天和国防工业部门等，用以制作磁带盒、照相机、电传打字机等零件的塑料模具。制作的磁带盒塑料模具使用寿命可达200万次以上。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,二、析出硬化型时效钢,析出硬化型时效钢所含的合金元素比马氏体时效钢少，特别是Ni含量少得多。在固溶处理状态下硬度为30HRC左右，可以进行切削加工，制成模具后再进行时效处理，使硬度达到40HRC左右。 时效变形量很小，约在0.01左右，适宜制造高硬度、高强度和高韧性的精密塑料模具。 固溶处理的目的在于得到细小的板条马氏体以提高钢的强韧性；固溶淬火后的马氏体硬度较高，需进行高温回火降低硬度。 钢材的最终性能通过时效处理得到NiAl相而强化,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,125CrNi3MoAl钢,低Ni无Co型Ni-Mo-Al系析出硬化型马氏体时效钢，适于制造变形率低、镜面要求高或要求光刻花纹的普通及精密塑料模具。 Ni含量低，价格远低于马氏体时效钢，也低于超低碳中合金时效钢。 调质硬度为230250HBS，有良好的切削加工性能和电加工性能 时效硬度为38-42HRC，时效变形0.05 镜面研磨性好，表面光刻侵蚀性好，光刻花纹清晰 焊接修补性好，时效后焊缝硬度和基体硬度相近。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,热处理工艺,调质工艺880 固溶，水淬或空冷，4850HRC 680 ×5h回火，硬度为22-23HRC。 时效工艺成形后540x6h时效，39-42HRC， 时效变形率约为0.039。 因时效温度范围与渗氮温度范围一致。故两者可同时进行，从而提高模具表面的耐磨性和抗咬合能力。 制作高精密塑料模具时，与上述工艺相同，只需在半精加工后，进行一次650 ×1h的去应力处理，时效变形率仅为-0.01- 0.02。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,2 10Ni3MnCuAlMo (PMS)钢,PMS钢属马氏体析出硬化型镜面塑料模具钢，低的含碳量，金属间化合物NiA1、CuAl、CuNi等强化。 锻造工艺加热温度为1130-1160，始锻温度11001120，终锻温度850。 锻后不必退火，即可进行机械加工。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,PMS钢,固溶工艺870 ×1h空淬，硬度30-35HRC 时效工艺成形后490-500时效，45HRC 有良好的综合性能和镜面加工性能，变形极小。 因含有Al，特别适宜进行表面渗氮或碳氮共渗，硬度可达1000Hv以上，其时效温度与渗氮温度相近，故渗氮时可同时进行时效处理。 用于要求有高镜面要求的精密模具，是理想的光学透明塑料制品的成型模具材料。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,PMS钢,焊接性能优异，补焊硬度30HRC左右，机械加工，为模具补焊修复提供了方便。 冷挤成形碳量在下限时PMS钢实际上是一种Fe-Ni-Al-Cu合金，可挤压成形，对于形状复杂的模具，这一优点显得特别重要。 镜面性能表面粗糙度Ra0.05微米，抛磨时间较45钢可缩短50，质量比45钢高1倍。表面洁净耐蚀，图案蚀刻性能绝佳。 耐蚀性在盐酸溶液中加热沸腾时，有极好的耐蚀性能，腐蚀率只有2Crl3钢的1618。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,3Y20CrNi3A1MnMo(SM2)钢,SM2钢属含硫系中合金时效硬化易切削预硬钢，它具有良好的综合力学性能和加工工艺性能、优良的镜面抛光性能，可渗氮。适用于高精度模具。 合金化原则 Al，时效强化相Ni3A1。 Cr,淬透性 S和Mn，形成易切削相 因此，SM2钢的切削性能和淬透性优于PMS钢，但镜面性能略低,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,SM2钢,锻造工艺与SM1钢相同。 固溶工艺 900 x 2h，油冷，4245HRC 高温回火 700 x 2h回火后油冷，硬度为28HRC，具有良好的切削加工性能。 时效处理成形后500-520 时效，硬度为40HRC对于要求型腔表面光洁、精度较高的模具，可在此硬度下进行精加工，抛光表面。 表面处理 具有良好的渗氮、氮碳共渗、离子渗氮等工艺性能。 应用领域 己在纱管模、三角尺模、牙刷模、相机模、玩具模、线路板模等方面得到了广泛应用，完全可以取代进口材料。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第二节 塑料模具钢,第三节 塑料模具材料的选用,根据模具生产和使用条件的要求，结合模具材料的性能和其他因素。来选择适合要求的模具材料。 主要因素 塑料的种类 生产的批量 塑件的复杂程度 尺寸精度 表面粗糙度,第五章 塑料模具用钢及热处理 第三节 塑料模具材料及热处理实例,第五章 塑料模具用钢及热处理 第三节 塑料模具材料及热处理实例,第五章 塑料模具用钢及热处理 第三节 塑料模具材料及热处理实例,成型通用型塑料的模具材料,用于生产聚乙烯、聚丙烯等通用塑料制品的模具 1）当生产批量较小，尺寸精度和表面粗糙度无特殊要求，而且模具截面不大时采用碳素钢45钢或低碳钢10、20钢制造。 2) 当生产批量大、模具尺寸较大或形状复杂、精度要求高的工件时，采用淬透性较高的合金模具钢。 3) 当成型对精度和表面粗糙度要求很高的塑料制品时往往采用经过电渣重熔成真空自耗电极重熔的合金模具钢。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第三节 塑料模具材料及热处理实例,2成型增强塑料的模具材料,对于生产添加玻璃纤维等无机增强剂的热塑性塑料注射成型模具和热固性塑料挤压成型模具。 为了提高模具型腔表面的耐磨性，这类塑料模具通常采用冷作模具钢制造。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第三节 塑料模具材料及热处理实例,3成型腐蚀性塑料的模具材料,对生产聚氯乙烯、氟化塑料或添加阻燃剂的阻燃塑料成型模具。 由于在成型过程中模具接触腐蚀性介质，应选用耐蚀性好的塑料模具钢。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第三节 塑料模具材料及热处理实例,4成型磁性塑料的模具材料,成型磁性塑料的模具，一般多选用无磁模具材料制造，如188不锈钢模具经渗氮处理后使用；或采用Mn13型耐磨奥氏体钢或无磁模具钢，如70Mn15CrAl3V2WMo钢等。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第三节 塑料模具材料及热处理实例,5成型透明塑料制品的模具,对于成型透明塑料制品的模具，一船选用时效硬化钢制造，如06Ni、18Ni、PMS、PCR、SM2等，也可选用预硬钢SM1、Y82、空冷12钢等。,第五章 塑料模具用钢及热处理 第三节 塑料模具材料及热处理实例,塑料模具材料的选用,第五章 塑料模具用钢及热处理 第三节 塑料模具材料及热处理实例,第五章 塑料模具用钢及热处理 第三节 塑料模具材料及热处理实例,第五章 塑料模具用钢及热处理 第三节 塑料模具材料及热处理实例,3.,第五章 塑料模具用钢及热处理 第三节 塑料模具材料及热处理实例,4.,第五章 塑料模具用钢及热处理 第三节 塑料模具材料及热处理实例,5.,第五章 塑料模具用钢及热处理 第三节 塑料模具材料及热处理实例,第五章 塑料模具用钢及热处理 第三节 塑料模具材料及热处理实例,6.,第五章 塑料模具用钢及热处理 第三节 塑料模具材料及热处理实例,7.,本 章 结 束,第五章 塑料模具用钢及热处理 第三节 塑料模具材料及热处理实例,
