几种新型塑料模具钢性能及热处理工艺的研究

模具材料及热处理技术几种新型塑料模具钢性能及热处理工艺的研究张先鸣冷水江天宝实业有限公司湖南冷水江417500【摘要】在研究塑料模具钢具有良好的抗大气和水蒸气腐蚀性时，探讨了模具热处理工艺以便能获得较高的硬度和耐磨性以及延长使用寿命。介绍了几种新型塑料模具钢性能及热处理工艺研究进展，以对同行有所帮助。关键词塑料模具钢；性能；热处理工艺；研究中图分类号TGL62文献标识码BSEVERALKINDSOFNEWPLASTICMOLDSTEELPROPERTIESANDRESEARCHOFTHEHEATTREATMENTPROCESS【ABSTRACT】THERESEARCHOFPLASTICMOLDSTEELHASGOODRESISTANCETOATMOSPHERICCORROSIONANDWATERVAPORMOLDHEATTREATMENTPROCESSISDISCUSSEDINORDERTOOBTAINHIGHHARDNESSANDWEARRESISTANCEANDPROLONGSERVICELIFEINTRODUCESSEVERALNEWPLASTICMOLDSTEELPROPERTIESANDTHEHEATTREATMENTPROCESSISREVIEWED，TOHELPPEERSKEYWORDSPLASTICMOLDSTEEL；PERFORMANCE；HEATTREATMENTPROCESS；RESEARCH1引言我国塑料行业的巨大发展潜力为中国塑料机械行业的迅猛成长提供了广阔的前景，塑料加工机械化程度也不断提高，对使之成型的模具材料要求也越来越高。对塑料模具材料而言，除要求其具有优良的耐磨性、切削加工性及较高的强韧性外，对于某些塑料聚氯乙烯、氟化塑料或添加阻燃剂的阻燃塑料等在熔融状态下，会分解出氯化氢、氟化氢和二氧化硫等气体，对模具型腔有一定的腐蚀作用，故模具要具有一定的耐腐蚀性。下面介绍5种新型塑料模具钢性能及热处理工艺。2DT345预硬化塑料模具钢DT345钢为高硬度、低成本新型预硬化塑料模具钢，与瑞典牌号718钢相比，C和CR、NI等合金元素含量有不同程度的降低，增加了015030的V，细化了晶粒，降低了过热敏感性，增加了其回火稳定性、耐磨性，从而延长了模具的使用寿命，牌号成分对照见表1。可用于热塑性塑胶注塑模具、挤压模具、吹塑模及低溶点合金如铅、锌、铝合金等压铸模，如家电外壳及冰箱外壳等光洁度要求较高的塑料模具钢。表1718、DT345牌号化学成分对照表质量分数，W牌号CSIMNPSCRNIMOVO28O2O060140080O_307180O25OO25|040O8010O2O12O5502502O070120060O30015DT34500250025O35O8O12O160090O500_3ODT345O3OO57118OO08O002137O68034O18实测值参照718钢的临界点AC。725OC、AC810QC、MS280和CCT曲线，经过反复热处理工艺验证实践，通过金相检验，保证属于细小的针状马氏体组织的前提下，DT345钢的理想淬火温度为850880，回火后硬度均匀性良好，在440490回火，硬度保持在4345HRC，具有较高的塑韧性；在500530CC回火，硬度值略微降低，在4043HRC；回火温度高于550，硬度值明显降低。但要求最佳的预硬硬度范模具制造2015年第5期83模具材料及热处理技术围为4043HRC时，回火温度可在500530C范围内选择，可以看出该钢具有更高的耐回火性。由于该钢含有CR、MN、NI等合金元素，这些元素不仅促进杂质元素的偏聚，且本身也向晶界偏聚，进一步降低了晶界断裂强度，从而表现了回火脆性倾向，但该钢含有较高的MO元素，对回火脆性起到了一定的抑制作用。DT345预硬化塑料模具钢的热处理工艺及性能建议如下淬火温度为870880水油冷根据模具直径或厚度，500530回火快冷，硬度达到4043HRC；强度值达到1，1401,270MPA；室温冲击功260270J，具有高硬度和适宜的强韧性。33CR17MOVN耐蚀塑料模具钢含氮马氏体塑料模具钢3CRL7MOVN是一种新型的耐蚀塑料模具钢，由于N元素的加入，碳化物和氮化物均匀分布，以及更为坚硬的马氏体组织都可以提高模具的耐磨性及耐蚀性的良好结合，超越以往塑料模具材料，化学成分如表2所示。该钢应用于塑料加工用模具方面、航空工业特殊零件加工以及耐蚀轴承用模具领域。表23CR17MOVN耐蚀塑料模具钢化学成分表质量分数，W牌号CSIMNPSCRMOVNO33040040165O50015010一3CR17MOVN00250025O_3807008O180070030O30实测值0_36O5005O001200081650065020O1O含氮马氏体塑料模具钢3CRL7MOVN由于采用了特殊熔炼方法，得到了极高纯净度。为了获得较高耐磨性和硬度，满足韧性需要，必须进行合理的热处理。实验选取9701,090C进行淬火冷却方式采用油冷，在9701,040范围内淬火，随淬火温度的提高，硬度值逐渐增加；在1,0401,090C淬火时，随淬火温度的提高，硬度值逐渐减小。该钢的合理的淬火温度为1,0301,040CC区间，在180550CC范围内回火硬度值始终保持在5156HRC，具有较高的硬度；在250450范围内回火硬度值略低；在490530OC范围内回火硬度值达到55HRC左右；回火温度高于540，硬度明显降低。3CRL7MOVN耐蚀塑料模具钢经1,040C淬火后，在180350C范围内回火，室温冲击功达到20J，材料具有较好的冲击韧性；而回火温度高于350后冲击功明显下降；450530C范围内回火，冲击功下降至10J。可见此钢在450530C范围内回火，会产生回火脆性。该钢中含有CR、MN等元素，使该钢高温回火脆性较为显著。实践表明，含氮马氏体塑料模具钢3CR17MOVN淬火前需经过预先退火处理，以获得均匀细化的显微组织，最终再进行淬火回火处理，可以获得高的硬度、强度。该钢的合理的热处理工艺为1,0301,040淬火250350范围内回火，硬度值达到520HRC以上，强度值达到1，800MPA以上；室温冲击功达到20J以上，具有高硬度、高强度及所需的韧性配合。4P20M预硬塑料模具钢P20M属于SIMNV系塑料模具钢，是P203CR2MO的改进型产品，其优势在于合金成分较P20低，但其硬度水平可接近于P202935HRC。目前大部分P20M预硬塑料模具钢的硬度通常在2429HRC，其组织为珠光体铁素体，且生产工艺简单，使用寿命短。随着塑料加工机械化程度不断提高，使之成形的模具材料性能要求也越来越高，对P20M塑料模具钢的产品硬度有所增加，以提高使用寿命，使表面光洁度更高。为了满足市场的需求，开发P20M的最佳预硬工艺有现实意义。为了使P20M钢获得3034HRC的预硬高硬度，结合P20M的连续冷却CCT曲线和淬透性对比，可以知道，P20M在完全奥氏体化800以上后连续冷却时，如果在200S内冷却至300以下会得到马氏体组织，硬度在4552HRC；在200600CS内冷却至300以下会得到贝氏体组织，硬度在3545HRC；在6001,500S内冷却至300OC以下会得到珠光体组织，硬度在2535HRC。由于P20M淬透性非常差，采用淬火回火的工艺生产，不仅表面硬度分布不均匀，且容易发生淬裂，此工艺实现P20M钢预硬不可行。经过反复实践，确定P20M钢预硬工艺。P20M在完全奥氏体化后连续冷却过程中，前600S时间内没有发生奥氏体向珠光体的转变，如果在这一时间段采用水雾冷却，钢的表面层会发生奥氏体向贝氏体的转84模具制造2015年第5期模具材料及热处理技术变，最终获得的模具表面与心部硬度差距会很大，组织不均匀。为此，风冷水雾冷却工艺为，出炉温度在850C，风冷后进行水雾冷却，350C结束冷却，从而获得极细珠光体组织，满足硬度要求。总之，塑料模具钢P20M采用风冷水雾冷却的工艺预硬后的硬度在3034HRC，可以获得均匀的极细珠光体加少量的先共析铁素体组织。5NAK80镜面塑料模具钢NAK80钢又称PMS钢，是一种NICUA1系新型析出硬化型超镜面塑料模具钢。该钢热处理简单、变形小、淬透性高，多用于汽车、家电等外观要求光亮的过硬壳体的塑料制品模具，其市场前景非常广阔。该钢的化学成分如表3所示。表3NAK80镜面塑料模具钢化学成分质量分数，W牌号CSIMNPSNIMOCUALO10140290020080070NAK800200452000O3003340O5O120L_3ONAK80钢中各元素的作用如下C时效时有利于碳化物的析出，保持低碳可以阻止碳化物的过度析出，形成大块的碳化物，影响抛光性能，需要严限控制在O18以内。SI固溶处理时调节硬度，但元素含量太高，导致时效后塑性下降。MN提高淬透性，提高硬度，但是太高会影响加工性能和塑性，控制在2以内。NI提高淬透性，抑制铁素体的生成，在时效处理时析出NI3AI金属间化合物，提高钢材硬度和耐磨性。MO改善塑性的元素，还可以细化晶粒。AL提高贝氏体的转变温度，易于得到上贝氏体，有利于NI3A1的生成，但是含量太多可能导致氧化铝夹杂增加，影响抛光性能，合理控制在12以内。CU时效处理时可以析出一CU金属间化合物，还可以改善切削性能，为了达到这种效果，需要含量07以上，但CU高，易产生铜脆，降低热加工性能。NAK80钢供货状态以预硬化状态交付，硬度在3743HRC，金相组织为粒状贝氏体和板条状马氏体混合物。该钢预硬化机理与其他塑料模具钢有所不同，其主要采用较低的含碳量，并以NICUAL三元合金为基础，添加MN、MO等合金元素，加热温度控制在L，1001，1402，热轧后其硬度一般为2832HRC，经490570C时效处理，析出NI3AI、SCU等弥散金属间化合物和碳化物，以获得所需的硬度。6FT64耐蚀塑料模具钢FT64耐蚀塑料模具钢属CRL3型高合金马氏体钢。该钢机械性能较好，经调质热处理淬火加高温回火，预硬化硬度达3335HRC。该钢具有良好的耐腐蚀性能、镜面抛光性能，较高的强度和耐磨性，适宜制造承受高负荷、高耐磨及在腐蚀介质作用下的塑料模具、透明塑料制品模具等。FT64钢的典型化学成分如表4所示。表4FT64钢的典型化学成分质量分数，W预硬化热处理在连续调质生产线上进行，由于该钢合金元素含量较高，在淬火时冷却工艺控制十分关键，冷却能力稍大就会出现模具边缘裂纹。推荐1,0301,0402保温590610两次回火，对较大规格模具以水为淬火冷却介质，采用空冷、浸水组合冷却方式进行淬火控时冷却，不同冷却工艺回火后的宏观硬度和微观组织均满足使用要求。工艺的难点在于水冷时间的掌控，该钢为CRL3型高合金马氏体钢，其马氏体转变的临界温度MS点250，设定第1次浸水时间2SMM，出水温度约380350C，大截面模具心部的冷却速度都相当缓慢，模具的降温取决于冷却时间，而不是冷却介质。工艺设计时需注意考虑模具浸水返温温度最终应高于MS点，缓慢的经过马氏体转变温度区间。经过空冷返温后，钢材心部的热量逐渐释放，能有效降低温度梯度引起的应力，使整个模具截面温度均匀，再进行第二次浸水，浸水时间5SMM，出水温度约280250，由于当模具整体进入马氏体转变区，应力的作用下将产生纵裂纹。因此，第二次浸水后出水温度应高于MS点，且浸水时间不易过长，避免模具表面温度过低。7结束语根据以上对几种新型的塑料模具钢的介绍及性模具制造2015年第5期85模具专业教学与实践L盎、穹EE也才I；、模具专业教学与实践、；宁波职业院校产学研模式分析金鑫宁波技师学院浙江宁波315000【摘要】将教学、生产、研究相结合的产学研模式是近年来宁波的职业院校中发展的比较快的教学模式，也是国家大力倡导的新的教学模式，无论是职业高中，职业技术学院还是技工学校，都在进行这方面的尝试和探索。本文将宁波的职业院校的产学研模式大致归纳为3种典型形式进行了分析，并且总结了宁波职业院校在发展产学研模式时所遇到的问题。关键词产学研模式；典型形式；职业院校；分析中图分类号CA2302；G712文献标识码BANALYSISOFIARMODEFORTHEVOCATIONALSCHOOLSINNINGBO【ABSTRACTTHEIARMODECOMBINEINDUSTRY、ACADEMIA、RESEARCHTOGETHERTHISMODEDEVELOPSVERYFASTINVOCATIONALSCHOOLSINNINGBORECENTYEARSANDTHISMODEISALSOSTRONGLYSUPPORTINGBYTHESTATEALLTHEVOCATIONALSCHOOLSINNINGBOISTRYINGANDRESEARCHINGHARDLYINTHISMODETHISARTICLEWILLCARRIEDOUTTHEIARMODEINTOTHREETYPICALFORMS，ANDSUMMARIZESTHEPROBLEMSWEFACINGINTHEIARMODEKEYWORDSIARMODE；TYPICALFORMS；VOCATIONALSCHOOLS；ANALYSIS1引言职业院校产学研合作教育模式就是充分利用高校与企业之间多种不同教学环境