塑料模具材料课件

1、机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料第五章第五章 塑料模具材料塑料模具材料机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料51 塑料模具的工作条件塑料模具的工作条件、失效形式、失效形式与性能要与性能要求求52 塑料模具材料的选用塑料模具材料的选用 5.2.1 渗碳型塑料模具钢渗碳型塑料模具钢 5.2.2 调质型塑料模具钢调质型塑料模具钢 5.2.3 淬硬型塑料模具钢淬硬型塑料模具钢 5.2.4 预硬型塑料模具钢预硬型塑料模具钢 5.2.5 时效硬化型塑料模具钢时效硬化型塑料模具钢 5.2.6 耐蚀塑料模具钢耐蚀塑料模具钢 5.2

2、.7 其它塑料模具材料其它塑料模具材料53 塑料模具塑料模具钢的选用及热处理钢的选用及热处理 机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料 随着塑料制品在工业及日常生活中的应用越来随着塑料制品在工业及日常生活中的应用越来越广泛越广泛,塑料模具工业对模具钢的需求也越来越大。塑料模具工业对模具钢的需求也越来越大。在塑料成型加工中在塑料成型加工中,模具的质量对产品质量的保证作模具的质量对产品质量的保证作用是不言而喻的。用是不言而喻的。 塑料模具目前已向精密化、大型化和多腔化的塑料模具目前已向精密化、大型化和多腔化的方向发展方向发展,对塑料模具钢的性能的要求越来越高对塑料模具钢的性能的要

3、求越来越高,塑模塑模钢的性能应根据塑料种类、制品用途、生产批量、钢的性能应根据塑料种类、制品用途、生产批量、尺寸精度和表面质量的要求而定。尺寸精度和表面质量的要求而定。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料5.1.1 塑料模具的分类与工作条件塑料模具的分类与工作条件（1）塑料模具的分类）塑料模具的分类 按照塑料制品的原材料的性能和成型方法按照塑料制品的原材料的性能和成型方法，可以把，可以把塑料模具分为两大类：塑料模具分为两大类： 热固性塑料模热固性塑料模 热塑性塑料模：热塑性塑料模： 按照成型方式的不同，可以把塑料模分为按照成型方式的不同，可以把塑料模分为： 注射成型模；注

4、射成型模；压缩成型模；压缩成型模； 挤压成型模；挤压成型模；气动成型模。气动成型模。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料（2）塑料模的工作条件）塑料模的工作条件 热固性塑料压缩模热固性塑料压缩模：热固性塑料压缩模的工作温度：热固性塑料压缩模的工作温度一般为一般为160-250,工作时型腔工作时型腔承受的压力大承受的压力大，一般为，一般为160-200MPa,个别要达到个别要达到600MPa。工作时。工作时型腔面易磨损型腔面易磨损，并，并承受一定的冲击负荷和腐蚀作用承受一定的冲击负荷和腐蚀作用。用这类模具压制各种胶。用这类模具压制各种胶木粉制作时，在原材料中加入一定量的粉末

5、填充剂，并在木粉制作时，在原材料中加入一定量的粉末填充剂，并在热压状态下成型，所以热负荷和机械负荷都较大，而填充热压状态下成型，所以热负荷和机械负荷都较大，而填充剂致使型腔磨损也较严重。剂致使型腔磨损也较严重。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料 热塑性塑料注射模热塑性塑料注射模：热塑性塑料注射模的工作温：热塑性塑料注射模的工作温度在度在180以下，承受的工作压力和磨损不像在压缩模以下，承受的工作压力和磨损不像在压缩模那么严重，有些塑料在加热以后的熔融状态能分解出那么严重，有些塑料在加热以后的熔融状态能分解出HCl和和HF气体，对模具型腔面有较大的腐蚀性气体，对模具型腔面

6、有较大的腐蚀性。塑料。塑料在加热成型时一般不含固体填充料或含固体填充料的在加热成型时一般不含固体填充料或含固体填充料的很少，所以，注入型腔时对型腔磨损小。很少，所以，注入型腔时对型腔磨损小。如果含有玻如果含有玻璃纤维填料，则大大加剧对流道和型腔的磨损。璃纤维填料，则大大加剧对流道和型腔的磨损。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料 5.1.2 塑料模具的失效形式塑料模具的失效形式塑料模具的失效形式主要有塑料模具的失效形式主要有磨损磨损，腐蚀腐蚀，变形变形和和断裂断裂等。等。 磨损磨损：热固性塑料对模具表面产生严重摩擦，结果：热固性塑料对模具表面产生严重摩擦，结果导致模具表面

7、拉毛，粗糙度变大而失去光泽，这会影响导致模具表面拉毛，粗糙度变大而失去光泽，这会影响塑料制品的外观质量。在此情况下，模具应定期卸下抛塑料制品的外观质量。在此情况下，模具应定期卸下抛光，经过多次抛光后，型腔尺寸将会超差而光，经过多次抛光后，型腔尺寸将会超差而失效失效。特别特别是塑料中含有云母粉，硅砂，玻璃纤维等固体有机填料是塑料中含有云母粉，硅砂，玻璃纤维等固体有机填料时，会明显加剧型腔的磨损时，会明显加剧型腔的磨损，不仅会使型腔表面粗糙度，不仅会使型腔表面粗糙度值增加，也会使模具型腔尺寸变化。值增加，也会使模具型腔尺寸变化。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料腐蚀腐蚀：塑

8、料模受腐蚀后将会导致模具表：塑料模受腐蚀后将会导致模具表面的腐蚀面的腐蚀磨损，从而加剧其磨损效应磨损，从而加剧其磨损效应。变形变形：模具在持续受热，受压条件下工作后，会发生：模具在持续受热，受压条件下工作后，会发生局局部塑性变形部塑性变形而实效，例如：生产中常用的渗碳钢或碳素工而实效，例如：生产中常用的渗碳钢或碳素工具钢制胶木模，在菱角处受负荷最大而产生塑性变形，出具钢制胶木模，在菱角处受负荷最大而产生塑性变形，出现表面起皱，凹陷，麻点甚至棱角塌歪等；或者分型面变现表面起皱，凹陷，麻点甚至棱角塌歪等；或者分型面变形间隙扩大导致飞边增大而使塑件报废。如果是小型模具形间隙扩大导致飞边增大而使塑件报

9、废。如果是小型模具在大吨位压力机上超载使用，更容易出现这种在大吨位压力机上超载使用，更容易出现这种失效失效形式。形式。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料断裂断裂：塑料：塑料模模多数形状复杂。存在许多多数形状复杂。存在许多凹角，薄边凹角，薄边等。这些部位易造成应力集中等。这些部位易造成应力集中，当韧性不足时，就会，当韧性不足时，就会导致开裂。断裂的主要原因是由于结构，温差而产生导致开裂。断裂的主要原因是由于结构，温差而产生的结构应力，热应力，或因回火不足，在使用温度下，的结构应力，热应力，或因回火不足，在使用温度下，残余奥氏体转变为马氏体，引起的局部体积膨胀，在残余奥氏体

10、转变为马氏体，引起的局部体积膨胀，在模具内部产生的组合应力所致。模具内部产生的组合应力所致。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料5.1.3 对塑料模具材料的性能要求对塑料模具材料的性能要求较高的耐热性：较高的耐热性： 足够的强度和硬度足够的强度和硬度良好的耐磨性良好的耐磨性良好的耐蚀性良好的耐蚀性良好的切削加工性良好的切削加工性良好的镜面抛光率良好的镜面抛光率良好的电加工性良好的电加工性良好的花纹图案光蚀性良好的花纹图案光蚀性机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料5.2 塑料模具用钢塑料模具用钢5.2.1塑料模具用钢的分类塑料模具用钢的分类类别类别牌号

11、牌号类别类别牌号牌号渗碳型渗碳型20，20Cr，20Mn，12CrNiMo，DT1，DT2, 0Cr4NiMoV预硬型预硬型3Cr2Mo，5NiSCa，4Cr5MnSiV，Y20CrNi3AlMnMo（SM2），），Y55CrNiMnMoV(SM1)，8Cr2MnWMoVS（8Cr2S） 调质型调质型45,50,55,40Cr，40Mn，50Mn，4Cr5MoSiV，38CrMoAlA耐蚀型耐蚀型3Cr13,2Cr13，Cr16Ni4Cu3N1（PCR）1Cr18Ni9,3Cr17Mo，0Cr17Ni4Cu4Nb（17-4PH）淬硬型淬硬型T，T，T,5CrNiMo，9SiCr, 9CrWMn

12、,GCr15,3Cr2W8V,Cr12MoV,45CrNiMoVSi,6CrNiSiMnMoV(CD)实效实效硬化型硬化型18Ni140,18Ni170,1Ni210,10Ni3MnCuAl(PMS), 18Ni9Co, 06Ni16MoVTiAl, 25CrNi3MoAl表表1 1 塑料模具用钢分类塑料模具用钢分类机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料5.2.2 渗碳型塑料模具用钢渗碳型塑料模具用钢 渗碳型塑料模具用钢主要用于冷挤压成型的塑料模渗碳型塑料模具用钢主要用于冷挤压成型的塑料模。 为了便于冷挤压成型，这类钢在退火态需有高的塑性为了便于冷挤压成型，这类钢在退火态需

13、有高的塑性和低的变形抗力，成型复杂型腔时，退火硬度要低于和低的变形抗力，成型复杂型腔时，退火硬度要低于100HBS，成型浅型腔时，其退火硬度要低于，成型浅型腔时，其退火硬度要低于160HBS。 因此，对这类钢要求有低的或超低的含碳量，同时钢中加因此，对这类钢要求有低的或超低的含碳量，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，如入能提高淬透性而固溶强化铁素体效果又小的合金元素，如Cr，Ni。为了提高耐磨性，这类钢在冷加压成型后一般都进。为了提高耐磨性，这类钢在冷加压成型后一般都进行渗碳和淬火处理，表面硬度可达行渗碳和淬火处理，表面硬度可达5862HRC。机械制造工程系机械制造工

14、程系 模具材料模具材料塑料模具材料 10钢，钢，20钢是最简单，最便宜的渗碳钢，经渗碳后钢是最简单，最便宜的渗碳钢，经渗碳后虽然表面有高强度，高耐磨性，但因为淬透性差，心部虽然表面有高强度，高耐磨性，但因为淬透性差，心部强度低，故只适宜于承受载荷较小，要求不高的塑料模强度低，故只适宜于承受载荷较小，要求不高的塑料模具。对于截面大，承受重载荷的用渗碳钢制造的塑料模具。对于截面大，承受重载荷的用渗碳钢制造的塑料模具，必须根据实际使用，采用不同级别的合金渗碳钢。具，必须根据实际使用，采用不同级别的合金渗碳钢。 常用的渗碳型塑料模具钢主要有常用的渗碳型塑料模具钢主要有20,20Cr， 12CrNi3A

15、 和和12Cr2Ni4A钢，以及国内最新研制的冷成型专用钢钢，以及国内最新研制的冷成型专用钢0Cr4NiMoV（LJ），），LJ钢用于冷挤压塑料模具的专用钢钢用于冷挤压塑料模具的专用钢种。种。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料 该钢使用于制造该钢使用于制造中、小型塑料模具中、小型塑料模具。为了提高模具。为了提高模具型腔的耐磨性，模具型腔的耐磨性，模具成型后一般需要进行渗碳处理成型后一般需要进行渗碳处理，然，然后再进行淬火和低温回火，从而保证模具表面具有很高后再进行淬火和低温回火，从而保证模具表面具有很高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韧性。对于使用寿命硬度、高耐磨性而心部

16、具有很好的韧性。对于使用寿命要求不很高的模具，也可以直接进行调质处理要求不很高的模具，也可以直接进行调质处理钢号钢号CSiMnCrPS20Cr0.180.240.170.370.500.800.701.000.0300.030200.170.240.170.370.350.650.250.0350.035表表2 20Cr钢的化学成分钢的化学成分/%机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料 20Cr钢比相同含碳量的碳素钢的强度和淬透性都明显钢比相同含碳量的碳素钢的强度和淬透性都明显地高地高，油淬到半马氏体硬度的淬透性为，油淬到半马氏体硬度的淬透性为2023mm。这。这种钢淬火低

17、温回火后具有良好的综合力学性能，低温冲击种钢淬火低温回火后具有良好的综合力学性能，低温冲击韧性良好，回火脆性不明显。该钢渗碳淬火表面强化处理韧性良好，回火脆性不明显。该钢渗碳淬火表面强化处理后，模具表面获得细针状的马氏体，硬度为后，模具表面获得细针状的马氏体，硬度为5862HRC；心部获得低碳马氏体组织，硬度在心部获得低碳马氏体组织，硬度在3540HRC。渗碳时钢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，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。不宜降温淬火。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料 12CrNi3A钢属于合金渗碳钢，含钢

18、属于合金渗碳钢，含C量较低，且含量较低，且含Ni较多，有利的提高了该钢的韧性和淬透性，较多，有利的提高了该钢的韧性和淬透性，12CrNi3A比比12CrNi2A钢有更高的淬透性，因此，钢有更高的淬透性，因此，可以用于制造比可以用于制造比12CrNi2A钢截面稍大的零件，适宜冷挤压成型。钢截面稍大的零件，适宜冷挤压成型。主要用主要用于于冷挤压成型的形状复杂的浅型腔塑料模具和大，中型冷挤压成型的形状复杂的浅型腔塑料模具和大，中型切削加工成型的塑料模具。切削加工成型的塑料模具。CSiMnCrNiPS0.100.170.170.370.300.600.600.902.753.250.0250.025表

19、表3 12CrNi3A钢的化学成分钢的化学成分/%机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料 该钢淬火低温回火或高温回火后都具有良好的综合该钢淬火低温回火或高温回火后都具有良好的综合力学性能，钢的低温韧性好，缺口敏感性小，切削加工力学性能，钢的低温韧性好，缺口敏感性小，切削加工性能良好，当硬度为性能良好，当硬度为HB260320时，相对切削加工性为时，相对切削加工性为60%70%。另外，钢退火后硬度低、塑性好，因此，。另外，钢退火后硬度低、塑性好，因此，既可以采用切削加工方法制造模具，也可以采用冷挤压既可以采用切削加工方法制造模具，也可以采用冷挤压成型方法制造模具。成型方法制造

20、模具。 为提高模具型腔的耐磨性，模具成型后需要进行渗碳处理，为提高模具型腔的耐磨性，模具成型后需要进行渗碳处理，然后再进行淬火和低温回火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、，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，该钢适宜制造大、中型塑高耐磨性而心部具有很好的韧性，该钢适宜制造大、中型塑料模具。但该钢有回火脆性倾向和形成白点的倾向。料模具。但该钢有回火脆性倾向和形成白点的倾向。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料（3） 0Cr4NiMoV（LJ） LJ钢是华中理工大学与大冶钢厂合作研制的一种冷钢是华中理工大学与大冶钢厂合作研制的一种冷挤

21、压成型塑料模具钢。此钢有优良的退火软化能力，经挤压成型塑料模具钢。此钢有优良的退火软化能力，经常规退火后，硬度能降至常规退火后，硬度能降至HB100左右，具有很好的冷挤左右，具有很好的冷挤压成型能力。压成型能力。CMoVMnCrNiSiPS0.080.200.600.080.150.200.303.604.200.300.700.200.0300.030表表4 LJ钢的化学成分钢的化学成分/%机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料 LJ钢冷成型性与工业纯铁相近，用冷挤压的方式成钢冷成型性与工业纯铁相近，用冷挤压的方式成型的模具型腔轮廓清晰，光洁，精度高。型的模具型腔轮廓清晰

22、，光洁，精度高。LJ钢具有良好钢具有良好的锻造性能和热处理工艺性。退火硬度为的锻造性能和热处理工艺性。退火硬度为100-105HBS，可顺利的进行冷挤压成型可顺利的进行冷挤压成型，LJ钢渗碳速度快，渗层深度钢渗碳速度快，渗层深度比比20钢多高一倍钢多高一倍。通过固体渗碳工艺，表面硬度达。通过固体渗碳工艺，表面硬度达5860HRC，心部硬度为，心部硬度为2729HRC，热处理变形微小。，热处理变形微小。 LJ钢主要用来替代钢主要用来替代10钢，钢，20钢及工业纯铁等冷挤压成型钢及工业纯铁等冷挤压成型的的精密塑料模精密塑料模。由于渗碳淬硬层较深，不会出现型腔表面塌。由于渗碳淬硬层较深，不会出现型腔

23、表面塌陷和内壁咬伤的现象，使用效果良好。陷和内壁咬伤的现象，使用效果良好。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料6.2.3 预硬型塑料模具钢预硬型塑料模具钢6.2.3 预硬型塑料模具钢预硬型塑料模具钢5.2.3 预硬型塑料模具钢预硬型塑料模具钢 所谓预硬型塑料模具钢就是供应时已预先进行了热所谓预硬型塑料模具钢就是供应时已预先进行了热处理，并使之达到模具使用态硬度，该硬度变化范围较处理，并使之达到模具使用态硬度，该硬度变化范围较大，较低硬度为大，较低硬度为2535HRC，较高硬度为，较高硬度为4050HRC，在，在这些硬度条件下把模具加工成型后，不再进行热处理而这些硬度条件下

24、把模具加工成型后，不再进行热处理而直接使用，避免由于热处理而引起的模具变形和开裂，直接使用，避免由于热处理而引起的模具变形和开裂，从而保证了模具的制造精度。从而保证了模具的制造精度。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料 我国近年研究的预硬型塑料模具钢，大多数是以我国近年研究的预硬型塑料模具钢，大多数是以中碳钢为基础，加入适量的中碳钢为基础，加入适量的Cr，Mn，Ni，Mo，V等合等合金元素制成。为了解决在较高硬度下切削加工难度大金元素制成。为了解决在较高硬度下切削加工难度大的问题，通过向钢种加入的问题，通过向钢种加入S，Ca，Pb，Se等元素，以改等元素，以改善切削加工性

25、能，从而制得易切削预硬钢，它们可使善切削加工性能，从而制得易切削预硬钢，它们可使模具在较高硬度下顺利完成车，钻，铣，镗，磨等加模具在较高硬度下顺利完成车，钻，铣，镗，磨等加工过程。工过程。有些预硬钢可以在模具成型后进行渗氮处理，有些预硬钢可以在模具成型后进行渗氮处理，在不降低基体使用硬度的前提下使模具的表面硬度和在不降低基体使用硬度的前提下使模具的表面硬度和耐磨性显著提高。耐磨性显著提高。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料 常用的预硬型的塑料模具钢可以分为两类：一类是常用的预硬型的塑料模具钢可以分为两类：一类是结合塑料模具要求单独开发的钢种，如结合塑料模具要求单独开发的

26、钢种，如3Cr2Mo(美国美国)，3Cr2MnNiMo（瑞典）钢等；另一类是借用合金结构（瑞典）钢等；另一类是借用合金结构钢和一些热作模具钢的成熟钢号，如钢和一些热作模具钢的成熟钢号，如40Cr，42CrMo，3CrMnSiNi2A，5CrNiMo，5CrMnMo，4Cr5MoSiV1,4Cr5MoSiV等。等。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料 3Cr2Mo(P20)系列钢中的主要钢种及化学成分见系列钢中的主要钢种及化学成分见表表5，由表可见，该系列钢属于中碳合金钢。，由表可见，该系列钢属于中碳合金钢。牌号牌号化学成分化学成分W/%CMnSiCrNiMoSP3Cr2M

27、o(P20)0.340.800.501.70-0.430.030.033Cr2NiMo(P4410)0.360.850.401.851.00.350.020.0154Cr2MnNiMo（718）0.401.50.302.01.10.20.030.03表表5 部分部分3Cr2Mo系列钢的成分系列钢的成分机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料 3Cr2Mo钢钢 该钢与美国通用型塑料模具钢该钢与美国通用型塑料模具钢P20是同一类型钢。是同一类型钢。生产中多采用电炉熔炼，真空除气和特殊脱氧处理，因生产中多采用电炉熔炼，真空除气和特殊脱氧处理，因此，钢的纯净度较高。不仅镜面抛光性比较

28、好，而且力此，钢的纯净度较高。不仅镜面抛光性比较好，而且力学性能均匀。该钢含学性能均匀。该钢含Cr，Mo量较高，故淬透性好，通量较高，故淬透性好，通常采用调质预硬处理，预硬硬度为常采用调质预硬处理，预硬硬度为3036HRC。为了增。为了增加表面耐磨性，可以在成型加工后进行表面处理，如镀加表面耐磨性，可以在成型加工后进行表面处理，如镀Cr，渗碳处理等。，渗碳处理等。该钢主要用于中，小型或大型复杂，精密塑料模该钢主要用于中，小型或大型复杂，精密塑料模。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料3Cr2NiMo(P4410) 该钢是该钢是P20的改进型，即在的改进型，即在3Cr2Mo

29、钢的基础上添加质钢的基础上添加质量分数为量分数为1.8%1.2%的的Ni，由于，由于Ni的作用，该钢具有更高的作用，该钢具有更高的淬透性，强韧性和抗蚀性。该钢采用真空脱气，钢包喷的淬透性，强韧性和抗蚀性。该钢采用真空脱气，钢包喷粉精炼。钢锭经水压机粉精炼。钢锭经水压机 后进行粗加工，再经超声波探伤后后进行粗加工，再经超声波探伤后进行调质热处理。因此，该钢纯净度高，组织致密，镜面进行调质热处理。因此，该钢纯净度高，组织致密，镜面抛光性好，表面粗糙度抛光性好，表面粗糙度Ra值达值达0.010.005um。该钢调质预。该钢调质预硬化处理硬度为硬化处理硬度为3236HRC，具有良好的车，铣，磨等加，具

30、有良好的车，铣，磨等加工性能。工性能。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料 可采用局部淬火的方法：采用火焰对局部表面加热至可采用局部淬火的方法：采用火焰对局部表面加热至800825，然后空冷或用压缩空气冷却，使局部表面淬硬，然后空冷或用压缩空气冷却，使局部表面淬硬至至5662HRC，以增加模具的使用寿命。该钢的焊接性良好，以增加模具的使用寿命。该钢的焊接性良好，模具局部损坏可用补焊法修补。模具局部损坏可用补焊法修补。 PP4410镀镀Cr后。镀层与基体金属结合良好，表面硬度后。镀层与基体金属结合良好，表面硬度可达可达1000HV，可显著提高模具的耐磨性和耐蚀性。，可显著提

31、高模具的耐磨性和耐蚀性。 该钢主要用于优质预硬型截面厚度该钢主要用于优质预硬型截面厚度250mm的塑料制品，的塑料制品，如电视机外壳，洗衣机面板等。如电视机外壳，洗衣机面板等。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料C Cr Ni Mn Mo V S Ca 0.500.60 0.801.20 0.801.20 0.801.20 0.300.60 0.150.30 0.060.15 0.0020.008 5CrMnNiMoVSCa钢的化学成分钢的化学成分w/% 该钢属于该钢属于S，Ca复合系易切削预硬化模具钢，其复合系易切削预硬化模具钢，其Wc为为0.57，合金元素总质量分数小

32、于，合金元素总质量分数小于4%。该钢采用喷射冶金技术，。该钢采用喷射冶金技术，从而消除了硫化物分布不均导致的有害影响，有效地提高了从而消除了硫化物分布不均导致的有害影响，有效地提高了该钢的韧性，均匀性和等方向性。研究表明，硫化物夹杂不该钢的韧性，均匀性和等方向性。研究表明，硫化物夹杂不影响钢的镜面抛光性，因此影响钢的镜面抛光性，因此该钢不仅具有良好的切削加工性，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，并在使用中而且镜面抛光性也好，蚀刻花纹图案清晰逼真，并在使用中又较强的保持模具镜面的能力。又较强的保持模具镜面的能力。表表7 6CrMnNiMoVSCa钢的化学成分

33、钢的化学成分w/%机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料 5NiSCa钢预硬化处理后的硬度为钢预硬化处理后的硬度为3545HRC，在次，在次预硬状态下可顺利进行各种机械加工，镜面抛光后表面预硬状态下可顺利进行各种机械加工，镜面抛光后表面粗糙度粗糙度Ra值可达到值可达到0.050.025um。抛光后的模具，置于。抛光后的模具，置于大气中容易锈蚀氧化，应及时镀大气中容易锈蚀氧化，应及时镀Cr或渗氮处理，既保护或渗氮处理，既保护型腔表面，又增加表面硬度和耐磨性。型腔表面，又增加表面硬度和耐磨性。 5NiSCa钢可用于制作型腔复杂，精密的大，中，小型注钢可用于制作型腔复杂，精密的大

34、，中，小型注射模，橡胶模和胶木模。模具质量和寿命超过射模，橡胶模和胶木模。模具质量和寿命超过P20系列钢，接系列钢，接近进口模具的先进水平，近进口模具的先进水平，如如5NiSCa钢制的透明窗模具，预硬钢制的透明窗模具，预硬硬度为硬度为40HRC，表面粗糙度与进口，表面粗糙度与进口P20相同，寿命相同，寿命50万件，万件，进口进口P20同类模具寿命仅为同类模具寿命仅为20万件。又如：万件。又如：5NiSCa制的磁带制的磁带内盒模具，预硬硬度为内盒模具，预硬硬度为4045HRC，平均寿命，平均寿命200万件，同样万件，同样超过进口的同类模具。超过进口的同类模具。机械制造工程系机械制造工程系 模具材

35、料模具材料塑料模具材料（3）8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）钢）钢C Si Mn Cr W Mo V S P 0.750.85 0.40 1.301.70 2.302.60 0.701.10 0.500.80 0.100.25 0.080.15 0.030 表表8 8Cr2MnWMoVS钢的化学成分钢的化学成分w/% 该钢具有高碳多元合金化的成分特点，加入该钢具有高碳多元合金化的成分特点，加入S获得易获得易切削的性能。它经切削的性能。它经860900空淬，空淬，160250回火处于高回火处于高硬状态，可用作薄板精密件冷冲裁模；它经调质硬态处理，硬状态，可用作薄板精密件冷冲裁模；它经调质硬态

36、处理，可用于多种塑料模具。由于淬透性好，空冷淬透直径达可用于多种塑料模具。由于淬透性好，空冷淬透直径达100mm以上，空淬硬度为以上，空淬硬度为61.562HRC，热处理变形小，热处理变形小，并具有良好的强韧性和高的耐磨性。并具有良好的强韧性和高的耐磨性。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料8Cr2S的预硬处理工艺一般为的预硬处理工艺一般为860880空淬，空淬，550620回回火二次，每次火二次，每次2h,的硬度为的硬度为4448HRC，经此调质预处理，经此调质预处理后，可用高速钢或硬质刀具进行车，刨，铣，镗，钻，后，可用高速钢或硬质刀具进行车，刨，铣，镗，钻，攻丝等常

37、规加工，其切削加工性能与退火攻丝等常规加工，其切削加工性能与退火T10A钢（钢（200 HBS）相当。该钢经电渣重溶，材质均匀，组织细密，纯）相当。该钢经电渣重溶，材质均匀，组织细密，纯净度高，其磨削和抛光加工性能良好。采用相同的研磨净度高，其磨削和抛光加工性能良好。采用相同的研磨加工，其表面粗糙度比一般合金工具钢低。加工，其表面粗糙度比一般合金工具钢低。 8Cr2S钢作为预硬度钢适宜于制作各种类型的塑料钢作为预硬度钢适宜于制作各种类型的塑料模模，胶木模，陶土磁料模以及印刷线路板冲孔模，使用寿命较一胶木模，陶土磁料模以及印刷线路板冲孔模，使用寿命较一般的合金工具钢高般的合金工具钢高23倍。倍。

38、机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料（4）Y55CrNiMnMoV(SM1)及及Y20CrNi3AlMnMo（SM2） 这两种钢都是加这两种钢都是加S的易切削塑料模具钢，均为预硬态的易切削塑料模具钢，均为预硬态供应，预硬度为供应，预硬度为3540HRC，其中，其中SM2钢淬回火硬度略钢淬回火硬度略低于低于SM1钢。钢。 这两种易切削效果明显，性能稳定，综合性能明显优这两种易切削效果明显，性能稳定，综合性能明显优于于45钢，钢，使用寿命长使用寿命长，均可用来制造各类塑料模具以及胶，均可用来制造各类塑料模具以及胶木线路板冲孔模，精冲模导向板等，使用效果显著，部分木线路板冲孔模

39、，精冲模导向板等，使用效果显著，部分模具的使用寿命见表模具的使用寿命见表9机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料模具名称模具名称原用材料原用材料寿命寿命现用材料现用材料寿命寿命ZL400型透明罩型透明罩模模CrWMn，4510万次报废万次报废SM250万次以上未修万次以上未修模模量角器，三角尺量角器，三角尺模模3BCrMoAl5万次报废万次报废SM130万次以上无破万次以上无破损损牙刷模牙刷模4543万次报废万次报废SM1290万次开始修万次开始修模模纱管模纱管模CrWMn，4510万次报废万次报废SM140万次开始修模万次开始修模JG304C型照相机型照相机模模455万次

40、报废万次报废SM225万次开始修模万次开始修模出口玩具模出口玩具模瑞典进口瑞典进口718,8407SM1，SM2满足出口要求满足出口要求出口保温瓶模出口保温瓶模455万次报废万次报废SM1，SM230万次万次线路板冲模线路板冲模CrWMnSM1满意满意 表表9 部分模具使用寿命部分模具使用寿命机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料5.2.4 淬硬性塑料模具钢淬硬性塑料模具钢 对于负荷较大的热固性塑料模和注射模，除了型对于负荷较大的热固性塑料模和注射模，除了型腔表面应有高耐磨性之外，还腔表面应有高耐磨性之外，还要求模具基体既有较高要求模具基体既有较高的强度，硬度和韧性，以避免

41、或减少模具在使用中产的强度，硬度和韧性，以避免或减少模具在使用中产生塌陷，变形和开裂现象生塌陷，变形和开裂现象。这类模具可选用淬硬型塑。这类模具可选用淬硬型塑料模具用钢来制造。料模具用钢来制造。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料 常用的淬硬型塑料模具钢有：常用的淬硬型塑料模具钢有：碳素工具钢碳素工具钢（如（如T7A，T10A）,低合金冷作模具钢低合金冷作模具钢（如（如9SiCr，9Mn2V,CrWMn，GCr15,7CrSiMnMoV钢等），钢等），Cr12型钢型钢（如（如Cr12MnV钢），钢），高速钢高速钢（如（如W6Mo5Cr4V2钢），钢），基体钢和某些热作基体

42、钢和某些热作模具钢等模具钢等。这些钢的最终热处理一般是淬火加低温回火。这些钢的最终热处理一般是淬火加低温回火（少数采用中温回火和高温回火），热处理硬度通常在（少数采用中温回火和高温回火），热处理硬度通常在4550HRC以上。以上。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料 碳素工具钢碳素工具钢仅适用于制作尺寸不大，受力较小，形仅适用于制作尺寸不大，受力较小，形状简单以及防变形要求不高的塑料模，利用其淬透性低状简单以及防变形要求不高的塑料模，利用其淬透性低的特点来制作要求表面耐磨而心部有一定韧性的凹模是的特点来制作要求表面耐磨而心部有一定韧性的凹模是十分适宜的；十分适宜的； 低合

43、金冷作模具钢低合金冷作模具钢主要用于制作尺寸较大，形状较主要用于制作尺寸较大，形状较复杂的精度较高的塑料模；复杂的精度较高的塑料模； Cr12MoV钢钢适宜制作要求高耐磨的大型，复杂和精适宜制作要求高耐磨的大型，复杂和精密的塑料模；密的塑料模； W6Mo5Cr4V2钢适于制作要求强度高和耐磨性好的钢适于制作要求强度高和耐磨性好的塑料模；热作模具钢适合于制作有较高强韧性和一定耐塑料模；热作模具钢适合于制作有较高强韧性和一定耐磨性要求的塑料模。磨性要求的塑料模。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料 另外，另外，GD钢钢也是近年新推广使用的一种淬硬性也是近年新推广使用的一种淬硬

44、性塑料模具钢，由于该钢强韧性高，淬透性和耐磨性塑料模具钢，由于该钢强韧性高，淬透性和耐磨性好，淬火变形小，成本低，用此钢取代好，淬火变形小，成本低，用此钢取代Cr12MoV钢钢或基体钢制作大型，高耐磨，高精度塑料模，不仅或基体钢制作大型，高耐磨，高精度塑料模，不仅降低了成本，而且提高了模具的使用寿命。降低了成本，而且提高了模具的使用寿命。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料5.2.5 时效型塑料模具钢时效型塑料模具钢 时效硬化型塑料模具用钢的共同特点是碳含量低、时效硬化型塑料模具用钢的共同特点是碳含量低、合金度较高，经高温淬火合金度较高，经高温淬火(固溶处理固溶处理)后，

45、钢处于软化后，钢处于软化状态，组织为单一的过饱和固溶体。状态，组织为单一的过饱和固溶体。 采用此类钢制造塑料模具时，可在固溶处理后进采用此类钢制造塑料模具时，可在固溶处理后进行模具的行模具的机械成型加工机械成型加工，然后通过，然后通过时效处理时效处理，使模具，使模具获得使用状态的强度和硬度，这就有效地保证了模具获得使用状态的强度和硬度，这就有效地保证了模具最终尺寸和形状的精度。最终尺寸和形状的精度。 时效型塑料模具钢可分为时效型塑料模具钢可分为马氏体时效钢马氏体时效钢和和析出析出硬化型时效钢硬化型时效钢，下面分别作说明，下面分别作说明: :机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具

46、材料 时效处理时效处理：指合金工件经固溶处理，冷塑性变：指合金工件经固溶处理，冷塑性变形或铸造，锻造后，在较高的温度放置或室温保持形或铸造，锻造后，在较高的温度放置或室温保持其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺。其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺。若采用将工件加热到较高温度，并较短时间进行时若采用将工件加热到较高温度，并较短时间进行时效处理的时效处理工艺，称为效处理的时效处理工艺，称为人工时效处理人工时效处理，若将，若将工件放置在室温或自然条件下长时间存放而发生的工件放置在室温或自然条件下长时间存放而发生的时效现象，称为时效现象，称为自然时效处理自然时效处理。 时效处理的目的时效

47、处理的目的，消除工件的内应力，稳定组织，消除工件的内应力，稳定组织和尺寸，改善机械性能等。和尺寸，改善机械性能等。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料介绍几种时效硬化型塑料模具用钢介绍几种时效硬化型塑料模具用钢: 25CrNi3MoAl钢钢; 18Ni类钢类钢 ; 06Ni6CrMoVTiAl（06Ni）钢）钢 ;10Ni3MnCuAlMoS（PMS）镜面塑料模具钢）镜面塑料模具钢 ; Y20CrNi3AlMnMo（SM2）钢）钢;机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料 该钢相当于日本的该钢相当于日本的MASI钢，属于低碳马氏体时钢，属于低碳马氏体时效

48、钢，经固溶处理效钢，经固溶处理-时效后，具有很高的强度和韧性，时效后，具有很高的强度和韧性，又有良好的耐蚀型，而且时效变形小，又有良好的耐蚀型，而且时效变形小，主要用来制主要用来制作高精度，超镜面，型腔复杂，大截面，大批生产作高精度，超镜面，型腔复杂，大截面，大批生产的塑料模具的塑料模具。但这类钢含。但这类钢含Ni量高，价格昂贵，应用量高，价格昂贵，应用受到限制。受到限制。（1）18Ni类钢类钢机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料（2）25CrNi3MoAl 该钢是国内研制的一种低该钢是国内研制的一种低Ni时效钢，适用制作各时效钢，适用制作各种塑料模具。种塑料模具。 用于

49、制作高精密塑料模具时，热处理工艺与一般用于制作高精密塑料模具时，热处理工艺与一般精密塑料模具相同，但为了进一步减小时效变形，在精密塑料模具相同，但为了进一步减小时效变形，在模具的半加工后，应进行去应力回火，即加热到模具的半加工后，应进行去应力回火，即加热到650保温保温1h，以消除粗加工，半精加工中产生的应，以消除粗加工，半精加工中产生的应力，然后再进行精加工，经此处理后，时效变形率为力，然后再进行精加工，经此处理后，时效变形率为-0.01%0.02%。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料 该钢不仅镜面加工性良好，图案蚀刻性能优良，该钢不仅镜面加工性良好，图案蚀刻性能优良

50、，光刻图案清晰均匀，而且，渗氮工艺性良好光刻图案清晰均匀，而且，渗氮工艺性良好，渗氮，渗氮后表面可达后表面可达1100HV以上的硬度。以上的硬度。 该钢该钢还可以用于制造冷挤压型腔的塑料成型模还可以用于制造冷挤压型腔的塑料成型模。冷挤压成型是在模具毛坯经淬火高温回火软化处理冷挤压成型是在模具毛坯经淬火高温回火软化处理后进行的。冷加压型腔成型后，应进行真空时效处后进行的。冷加压型腔成型后，应进行真空时效处理或渗氮处理。理或渗氮处理。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料（3）06Ni6CrMoVTiAl（06Ni）钢）钢 此钢属于低此钢属于低Ni马氏体时效钢，价格比马氏体时效

51、钢，价格比18Ni类钢低类钢低得多，得多，该钢突出的优点是热处理变形小该钢突出的优点是热处理变形小，时效处理后，时效处理后的变形率仅为的变形率仅为0.020.05%，这是高碳钢和易切削所不，这是高碳钢和易切削所不及的。及的。 固溶处理后硬度为固溶处理后硬度为2528HRC。在此硬度值下，切削。在此硬度值下，切削加工性能和抛光性能都很好，经机械加工成型及钳工修理加工性能和抛光性能都很好，经机械加工成型及钳工修理和抛光后进行时效处理，时效后的硬度为和抛光后进行时效处理，时效后的硬度为4348HRC，变，变形率形率0.05%，并且具有良好的综合力学性能和一定的耐蚀并且具有良好的综合力学性能和一定的耐

52、蚀性能，以及良好的渗性能，以及良好的渗N，镀，镀Cr，焊接工艺性。，焊接工艺性。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料 该钢适用于制造精度比较高又必须淬硬该钢适用于制造精度比较高又必须淬硬（40HRC）的精密塑料模，比用调质钢和碳素工具）的精密塑料模，比用调质钢和碳素工具钢可提高寿命钢可提高寿命2倍以上，例如，制作的磁带盒模具，其倍以上，例如，制作的磁带盒模具，其平均寿命可达平均寿命可达110万次以上。万次以上。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料（4）10Ni3CuAlMoS（PMS）钢）钢 PMS钢是一种新型的钢是一种新型的Ni-Cu-Al系失效硬

53、化型塑料模系失效硬化型塑料模具钢，因镜面加工性能好，也被称为镜面塑料模具钢。具钢，因镜面加工性能好，也被称为镜面塑料模具钢。此钢热处理后获得贝氏体和马氏体双相组织，具有良好此钢热处理后获得贝氏体和马氏体双相组织，具有良好的综合力学性能，淬透性高，热处理变形小，切削加工的综合力学性能，淬透性高，热处理变形小，切削加工性能良好，可作镜面抛光，性能良好，可作镜面抛光，适用于制造有镜面要求和精适用于制造有镜面要求和精细花纹图案蚀刻性能要求的透明塑料和其他各种热塑料细花纹图案蚀刻性能要求的透明塑料和其他各种热塑料的成型模具的成型模具。渗。渗N处理后还可用于制造添加无机纤维的处理后还可用于制造添加无机纤维

54、的增强工程塑料制品成型模具。增强工程塑料制品成型模具。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料 PMS钢具有良好的锻造性能钢具有良好的锻造性能，锻造温度范围为，锻造温度范围为8501150。固溶处理温度为。固溶处理温度为840900，空冷至室温，空冷至室温后硬度为后硬度为3035HRC。经。经650高温回火后硬度可降至高温回火后硬度可降至25HRC左右，此时，钢材有极好的塑性，可进行高精度左右，此时，钢材有极好的塑性，可进行高精度型腔的挤压成型。再经时效处理后仍能获得较高的强度型腔的挤压成型。再经时效处理后仍能获得较高的强度和和4043HRC的硬度。的硬度。 PMS钢中含有合

55、金元素钢中含有合金元素Al，Al有有N有极好的化合能力，因有极好的化合能力，因此此PMS钢的渗氮能力强钢的渗氮能力强，并且失效温度和渗氮温度极为接近，并且失效温度和渗氮温度极为接近，在渗氮处理的同时也可以进行时效锤炼。渗氮后使模具的表在渗氮处理的同时也可以进行时效锤炼。渗氮后使模具的表面硬度再次提高，因而增强了其耐磨性和抗黏着性。面硬度再次提高，因而增强了其耐磨性和抗黏着性。 PMS钢还具有良好的焊接性钢还具有良好的焊接性，可对损坏的模具进行补焊修复，可对损坏的模具进行补焊修复.机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料（5）Y20CrNi3AlMnMo（SM2）钢）钢 Y20

56、CrNi3AlMnMo（SM2）钢属于含）钢属于含S系中合金系中合金失效硬化易切削预硬钢。失效硬化易切削预硬钢。它具有良好的综合力学性能，它具有良好的综合力学性能，加工工艺性和优良的镜面抛光性能，可渗氯。用于高加工工艺性和优良的镜面抛光性能，可渗氯。用于高精度模具。精度模具。 Y20CrNi3AlMnMo（SM2）钢中加入）钢中加入Al，在时效时可以，在时效时可以析出硬化相析出硬化相Ni3Al。加入。加入Cr的主要作用是提高钢的淬透性，因的主要作用是提高钢的淬透性，因此此Y20CrNi3AlMnMo（SM2）钢比）钢比PMS钢的淬透性稍高，加钢的淬透性稍高，加入入S和和Mn，可以形成易切削相，

57、可以形成易切削相MnS，因此，因此，SM2钢的切削性钢的切削性能优于能优于PMS。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料 Y20CrNi3AlMnMo（SM2）钢的锻造工艺与）钢的锻造工艺与SM1相同，锻后不必退火。相同，锻后不必退火。SM2钢的固溶加热温度为钢的固溶加热温度为870930，硬度为，硬度为28HRC，具有良好的切削加工性能，具有良好的切削加工性能，加工成型后经加工成型后经500520时效处理，硬度为时效处理，硬度为40HRC。对。对于要求型腔表面光洁，精度较高的模具，可在此硬度下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。进行精加工

58、，抛光表面。SM2钢具有好的渗氯，氮碳共钢具有好的渗氯，氮碳共渗，离子渗氯，氧氮共渗工艺性能。渗，离子渗氯，氧氮共渗工艺性能。 SM2钢已经在纱管模，三角尺模，牙刷模，相机模，玩具钢已经在纱管模，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。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。机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料 在生产聚氯乙烯，聚苯乙烯添加阻燃剂为原料的塑在生产聚氯乙烯，聚苯乙烯添加阻燃剂为原料的塑料制品时，模具材料必须具有一定的耐腐蚀性能。常用料制品时，模具材料必须具有一定的耐腐蚀性能。常用来制作模具的耐蚀钢

59、有来制作模具的耐蚀钢有3CCr13, 4Cr13, 9Cr18，Cr18MoV，Cr18Mo，Cr14Mo4V，1Cr17Ni2等不锈钢等不锈钢和马氏体实效不锈钢。和马氏体实效不锈钢。5.2.6 耐腐蚀型塑料模具钢耐腐蚀型塑料模具钢机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料 常用于制作塑料模具的高常用于制作塑料模具的高C高高Cr型耐蚀钢有型耐蚀钢有9Cr18，Cr18MoV，Cr14Mo，Cr14Mo4V，PCR，4Cr13，1Cr17Ni2等。等。 高高C高高Cr型耐蚀钢属于莱氏体钢，必须通过锻造使粗型耐蚀钢属于莱氏体钢，必须通过锻造使粗大碳化物均匀分布大碳化物均匀分布，钢坯

60、的锻造加热温度为，钢坯的锻造加热温度为11001130 始锻温度为始锻温度为10501080，终锻温度为，终锻温度为850900。锻后。锻后砂冷或灰冷。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，好组织准备，锻后应进行球化退火锻后应进行球化退火，退火组织为粒状珠光体，退火组织为粒状珠光体和均匀分布的碳化物，退火硬度为和均匀分布的碳化物，退火硬度为179255HBS。（1）高）高C高高Cr型耐蚀钢型耐蚀钢机械制造工程系机械制造工程系 模具材料模具材料塑料模具材料 4Cr13属于马氏体不锈钢，严格的讲，属于马氏体不锈钢，