热作模具钢与塑料模具钢

第二节热作模具钢的开发情况,按用途热锻模用钢、热挤压模用钢、压铸模用钢、热冲裁模用钢按工作温度低耐热钢（350370）中耐热钢（550600）高耐热钢（580650）,一、常用的热作模具钢,1、热锻模5CrNiMo（大中型锻模）；5CrMnMo（小型锻模）；不足：用于更大截面或更高温度时，淬透性、热稳定性、热疲劳性及耐磨性不够。,5CrNiMo,20世纪30年代。低耐热、高韧性、淬透性很好；对尺寸效应不敏感；低合金热作模具钢；400以下工作可以保持较高强度；400急剧下降；550下降一半。,5CrMnMo,为节约镍而以锰代镍；淬透性、耐热疲劳性能比5CrNiMo差；3吨锤以下浅型槽中小型锤锻模；部分压力机模块；500小型热作模具。,2、压铸模,主要失效形式：热疲劳；其次是高温塑性变形；再次是热熔蚀；最后是热磨损。,牌号：3Cr2W8V；高耐热性热作模具钢；含有较多的易形成碳化物的铬、钨元素；相变温度较高，抵抗冷热交变的耐热疲劳性较好；,不足：其韧性和塑性较差；热疲劳性有待提高。,二、新型热作模具钢,1、大截面热锻模具钢1）钢号45Cr2NiMoVSi（简称45Cr2）5Cr2NiMoVSi（简称5Cr2）3Cr2MoWVNi、3Cr2MoVNi（代号B2）,2）45Cr2和5Cr的特点：,淬透性高：既含有较高的Cr和Mo，又加入了少量的V，使CCT曲线上的高温转变区上移，低温转变区显著右移，提高淬透性。,高温性能提高：具有高二次硬化能力，高温强度比5CrNiMo钢高50，热稳定性高出100-150，冲击韧性则相当。热磨损性、热疲劳性及抗热裂纹扩展的能力也强于5CrNiMo。,寿命提高：用于12000t以下机械压力机模具及16t以下模锻模具，模具的使用寿命是5CrNiMo钢制造的同种模具寿命的数倍。,2、中小热锻模具钢,问题模具的表面温度可达600以上，5CrMnMo和5CrNiMo的高温强度不能满足要求；3Cr2W8V钢的高温韧性及热疲劳性能较差。,新钢种2Cr3Mo3VNb3Cr3Mo3VNb4Cr3Mo3W4VNb（代号GR）,2Cr3Mo3VNb、3Cr3Mo3VNb的特点,加入3Mo，提高淬透性、热稳定性、防止回火脆性的能力。加入V和Nb，细化晶粒，降低过热敏感性。,高温强度高、热稳定性好、塑性韧性好、冷热疲劳性、热磨损性能好。应用：用于制造不锈钢（2Cr13）等热锻模，轴承凹模和辊锻模，效果显著。,4Cr3Mo3W4VNb（代号GR）,特点：除Cr、Mo、V和Nb外，又加入了4W，高温强度和热稳定性进一步提高；且具有良好冷热疲劳性能。,Nb增强回火抗力及热强性；与3cr2w8v钢相比，模具寿命均有大幅度的提高(数倍或数十倍）。,应用：钨钼系热作模具钢适用于制造工作温度600-700C的浅型腔中小锻模，也可用于铜合金热挤压模具。,3、压铸模具钢,常用材料的问题：3Cr2W8V的冷热疲劳性能较差，模具的使用寿命不高。新材料：4Cr3Mo2MnVNbB（代号Y4）4Cr5Mo2MnVSi（代号Y10）,（1）Cr3Mo2MnVNbB（代号Y4）,特点通过合理的成份配比，使其在达到高的热强性及热稳定性；同时保持了良好的韧性和塑性，抗冷热疲劳性能、使用寿命明显高于3Cr2W8V。应用：铜合金压铸模、热挤压和中小热锻模具。,（2）4Cr5Mo2MnVSi（代号Y10）,特点具有抗冷热疲劳性能好、热处理变形小、抗铝溶损性能好等优点，模具的使用寿命比3Cr2W8V钢提高一倍以上。尤其是冷热疲劳抗力和裂纹扩展阻力方面明显优于3Cr2W8V,锻造及退火工艺与3Cr2W8V钢相近，但锻造温度范围宽，锻造性能良好。应用铝合金压铸模、工作温度在600以下的中小热锻等模具。模具寿命普通提高1-10倍。,4、铜、铝型材热挤压模具钢,工况穿孔针、底模等长时与高温铜坯接触、工况较苛刻。用3Cr2W8V或4Cr5Mo5VSi钢，模具的使用寿命一直较低。,4Cr3Mo2NiVNbB（代号HD）钢：,为适应700左右温度工作而研制的新型热作模具钢；中耐热韧性热作模具钢；除加入3Mo外，又增加了1Ni，进一步提高了钢的韧性和塑性。因此，其断裂韧性比3Cr2W8V钢高50，使用寿命提高一倍。,高温短时抗拉强度高70；冷热疲劳抗力和热磨损性能分别高出1倍和50。应用：并在轴承环热挤冲头和凹模、汽门挤压底模、钢质药筒热挤压凸模、铜合金管材挤压模和穿孔针上成功应用。,4Cr3Mo2MnVNbB（代号Y4）钢：,制造铜合金挤压模底模和穿孔针顶头；模具的使用寿命也比3Cr2W8V钢制造的模具提高一倍以上。,5、高温玻璃模具钢,性能要求优良的抗高温氧化性能和冷热疲劳性能；良好的耐腐蚀性能；足够高的强度；良好的抛光性能；并要易于脱模。,常用材料铸铁、合金铸铁或3Crl3不锈钢制造新材料：GY（代号）高温玻璃模具钢。成分：该钢是Si-Cr-Mo系预硬钢。,性能：具有良好的冷热疲劳性能；优异的抗氧化性能，优良的抗热触性能和较高的玻璃粘附温度；预硬后（HRC35）具有良好的性能。应用：尤其适用于制造玻璃熔化或成型温度较高、表面质量要求高的玻璃制品模具。,热作模具材料的选用,5塑料模具钢的开发情况国内发展情况：滞后、到目前为止仍未成完整系列的钢种。常用的塑料模具钢：45、40Cr；T10A、GCrl5、CrWMn、5CrNiMo、5CrMnMo、Cr12、Crl2MoV等作补充。,新型塑料模具钢：（1）预硬化型塑料模具钢特点：中碳低合金钢，在调质（HRC3O-40）后切削加工成型，直接使用。应用：主要用于制造复杂、精密和长寿命的大、中型塑料模具。,牌号：3Cr2Mo、5CrNiMnMoVSCa（简称5NiSCa）、8Cr2MnWMoVS（简称8Cr2）等。工艺：预硬处理（850-880淬火+580-640回火），预硬至HRC28-35的硬度，然后再进行切削加工。,应用：制造大、中型精密塑料模具，如电视机、洗衣机壳体等塑料模具，并已获得较大量应用。另外，也可用于制造锌合金压铸模具。,（2）时效硬化型塑料模具钢钢号：10Ni3MnCuAl（代号PMS）25CrNi3MoAlY20CrNi3AlMnMo（代号SM2）06Ni6CrMoVTiAl（简称06）等。,特点：低碳，含Ni、Al、Ti、Cu、Mo等合金元素；固溶后硬度较低（HRC32），易切削;再经低温时效处理，获得使用性能，模具变形很小。,应用：适用于制造高精度、复杂的热塑性模具。例、10Ni3MnCuAl，代号PMS工艺：经850士20固溶后，硬度为HRC30-33；经500左右时效后，弥散析出硬化相Al3Ni，基体硬度随之上升至HRC38-43。,具有优良镜面加工性能，模具表面粗糙度可达Ra0.05m。应用：适用于制造要求高镜面、高精度的各种热塑性塑料制品模具，如光学仪器：镜片模具，磁带内外壳和电话机、石英钟、车辆灯具等塑料壳体模具。,（3）耐蚀塑料模具钢性能要求：生产聚氯乙稀、氟化塑料、阻燃塑料等的模具需耐氟、氯等卤族元素气体的腐蚀;镀铬或采用耐腐蚀钢。,耐腐蚀塑料模具钢：0Cr16Ni4Cu3Nb（代号PCR）：马氏体沉淀硬化不锈钢：1050固溶（空冷）板条马氏体（HRC3235）；480时效、析出弥散强化相CuNi，硬度上升到HRC3944。,耐氟、氯等离子的腐蚀性能明显优于17-4PH（OCrl7Ni4Cu4）。适用于制造含氯、氟或混入阻燃剂的热塑性塑料的注射模具。,（4）非调质塑料模具钢非调质钢在锻、轧后即可达到预硬，不需再进行调质处理。为改善切削加工性能，有些钢中还添加了适量的P、S和Ca。,国内对非调质塑料模具钢的开发较晚，25CrMnVTiSCaRE（代号FT）、2Cr2MnMoVS和2Mn2CrVCaS即是近几年开发的新钢种。锻、轧空冷后，FT钢100mm圆钢的硬度可以达到HRC3035。,4国内模具钢开发与应用中存在或需要解决的主要问题目前，我国模具新钢种的推广应用工作还存一些需要解决的问题：,（1）缺乏有关指导性强、实用的技术资料，给用户合理选择和使用新钢种带来了困难。（2）除4Cr5MoV1Si、3Cr2Mo等个别钢种已获较大量应用外，一些性能优良的钢种的生产和应用量仍太少。,（3）钢的质量不够稳定。直接影响了钢的性能的发挥和新钢种的推广应用。不断提高钢的纯净度、致密