模具材料与热处理教学课件ppt作者吴光明第四章

1、4 主编第一节常用塑料模具钢的性能要求与分类一、塑料模具钢的性能要求 与冷作模具钢和热作模具钢相比，塑料模具钢的使用要求并不太高。为了满足塑料模具的工作条件，防止其早期失效，延长其使用寿命，对塑料模具钢有如下性能要求。(1)足够的强度和韧性以保证模具工作时能承受一定的载荷，在使用过程中不致早期开裂。(2)较高的硬度和耐磨性以使模具工作时型腔的抛光表面粗糙度和尺寸精度能长期保持，不至于很快磨损。通常塑料模的硬度在3855HRC范围内，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。(3)良好的耐热性、耐蚀性和尺寸稳定性以使模具能在较高的温度下长期工作，对于塑料成型时产生

2、的腐蚀性气体有抵抗能力，保证模具材料有较低的膨胀系数和稳定组织。(4)良好的导热性以使塑料制件尽快地在模具中冷却成形。二、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可加工性要求。1)锻造性：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)可加工性：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可加工性和磨削加工性能。对较高硬度的预硬化塑料模具钢，可向钢中加入一定量的合金元素，改善其可

3、加工性。二、塑料模具钢的工艺性能要求3)焊接性：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。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。 6)电加工性能、饰纹加工性能等。三、塑料模具钢的分类随着塑料产量的提高和品种的增多，对塑料模具的要求也越来越高，从而促进了塑料模具材料的发展。我国目前用于塑料模具的钢种，一般按钢材特性和热处理状态进行分类，见表4-1。表4-1常用塑料模具钢分类三、塑料模具钢的分类 从

4、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、热作模具钢有一定的区别，近年来，已经形成了专用的塑料模具钢系列，见表4-2。表4-2现行塑料模具用钢标准及牌号三、塑料模具钢的分类表4-2现行塑料模具用钢标准及牌号第二节常用塑料模具钢的选材 塑料模具结构和形状复杂，使用中要保证模具的使用寿命。选择合适的模具材料，应根据模具生产和使用的条件要求，并考虑模具材料的性能和其他因素，其中塑料的品种、批量、尺寸精度等是决定塑料模具材料的主要因素。 塑料模具钢的性能要求没有冷作和热作模具钢高，其具体选材要求如下：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

5、，生产批量小，对模具的耐磨性及使用寿命要求不高时，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，具体选用见表4-3。1.根据塑料制品的生产批量选用模具钢表4-3根据塑料制品的生产批量选用模具钢2.根据塑料制品的种类和质量要求选用模具材料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。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耐蚀性。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的韧性，以防止模具型腔表面被过早磨损坏，或因模具受高

6、压而发生局部变形，故常用淬硬模具钢制造这类模具，经淬火、回火后可以得到所需的模具性能,例如选用T8A、T10A、Cr6WV、Cr12、Cr12MoV、9Mn2V、9SiCr、CrWMn、GCr15等淬硬型模具钢。2.根据塑料制品的种类和质量要求选用模具材料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，例如18Ni类、PMS、PCR钢等；也可用预硬型钢，如P20系列及8CrMn、5NiSCa钢等。表4-4根据塑料制品的种类选用塑料模具钢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

7、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。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。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，应选用可加工性好、热处理变形小的模具钢，如40Cr、3Cr2Mo、4Cr5MoSiV、SM2等钢。如果塑料制品的生产批量小，可以选用经调质处理的SM45、SM50、SM55钢等。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)，其抛光性、耐蚀性等要

8、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。第三节塑料模具钢的热处理一、碳素塑料模具钢1.碳素塑料模具钢的热处理 国外通常将碳的质量分数为0.50.6的碳素钢称为碳素塑料模具钢。表4-5常用碳素塑料模具钢的化学成分常用碳素塑料模具钢的热处理过程如下：1)锻压后退火。2)高温回火。消除淬火应力，稳定组织与尺寸。3)正火。用以改善可加工性。4)淬火及回火。提高模具硬度和耐磨性，消除淬火应力，稳定组织与尺寸。1.碳素塑料模具钢的热处理表4-6常用碳素塑料模具钢热处理工艺规范2.碳素塑料模具钢的应用 SM4

9、5钢与普通优质45碳素结构钢相比，其钢中的S、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时，一般用热轧、热锻或正火状态，模具硬度低，耐磨性较差；制造小型塑料模具时，用调质处理可获得较高的硬度和较好的强韧性。此类钢中碳含量中等、制作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，一般用水淬油冷。SM45钢的优点是价格便宜，可加工性好，且具有较高的硬度，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。二、渗碳型塑料模具钢1.渗碳型塑料模具钢的热处理 该类钢种主要用于制造冷挤压成型的塑料模具。在退火状态时应具有较高的塑性和低热变形抗力，故该钢种

10、一般碳的质量分数较低，为提高其耐磨性，热处理一般均进行渗碳、淬火和回火处理。常用渗碳型塑料模具钢的钢号有20Cr和12CrNi3A等，表4-7为常用渗碳型塑料模具钢的化学成分。1.渗碳型塑料模具钢的热处理表4-7常用渗碳型塑料模具钢的化学成分常用渗碳型塑料模具钢的热处理过程如下：(1)锻压后退火。(2)正火用以改善可加工性。(3)渗碳提高表面层含碳量。(4)淬火提高模具硬度和耐磨性。(5)回火消除淬火应力，稳定组织与尺寸。1.渗碳型塑料模具钢的热处理表4-8常用渗碳型塑料模具钢热处理工艺规范2.渗碳型塑料模具钢的应用 20Cr钢比相同含碳量的碳素钢有较高的强度和淬透性，回火后有良好的综合力学性

11、能，低温冲击韧性良好，回火脆性不明显，多用于制造中、小型塑料模具。 12CrNi3钢是中淬透性合金渗碳钢，淬火、低温回火和高温回火后都具有良好的综合力学性能，主要用于冷挤压成型的形状复杂的浅型腔塑料模具，也可用来制造大、中型切削加工成型的塑料模具。三、预硬型塑料模具钢1.预硬型塑料模具钢的热处理 预硬型塑料模具钢一般是指供应时已进行过热处理，并使之达到模具使用时的硬度。由于该类钢种可直接加工后进行使用，故可避免热处理变形的影响，保证模具的制造精度。常用的预硬型塑料模具钢钢号有3Cr2MnMo、3Cr2MnNiMo、5CrNiMnMoVSCa和Y55CrNiMnMoVS(SM1)等，表4-9为常

12、用预硬型塑料模具钢的化学成分。常用预硬型塑料模具钢的热处理过程如下：(1)预先热处理锻压后退火，用以改善可加工性。(2)淬火提高模具硬度和耐磨性。(3)回火以改善力学性能，消除淬火应力。1.预硬型塑料模具钢的热处理表4-9常用预硬型塑料模具钢的化学成分1.预硬型塑料模具钢的热处理表4-10常用预硬型塑料模具钢的热处理工艺规范2.预硬型塑料模具钢的应用 3Cr2MnMo(P20)钢具有较好的综合力学性能和高的淬透性，大截面模具可获得较均匀的硬度，且抛光性能好，表面粗糙度值低，故是一种生产中广泛使用的塑料模具钢，常用于制造大、中型和精密的塑料模具。 3Cr2MnNiMo(718)钢是3Cr2MnM

13、o(P20)钢的改进型，其综合力学性能好，淬透性高。该钢在预硬化后，加工成模具可直接使用，既可保证模具的使用性能，又可避免热处理变形，故多用于制造大型、特大型塑料模具。四、时效硬化型塑料模具钢1.时效硬化型塑料模具钢的热处理 复杂、精密的塑料模具必须具有高的综合力学性能，因此应该采用最终热处理。但常规的最终热处理(淬火、回火)易导致模具的热处理变形，从而影响模具精度。表4-11常用时效硬化型塑料模具钢的化学成分1.时效硬化型塑料模具钢的热处理表4-12常用时效硬化型塑料模具钢表4-12常用时效硬化型塑料模具钢2.时效硬化型塑料模具钢的应用2.时效硬化型塑料模具钢的应用 25CrNi3MoAl钢

14、回火后可直接加工成模具，再进行时效处理。该钢种综合力学性能好，热处理变形小，镜面研磨性好，焊接修补性高，多用于制造复杂、高精密的塑料模具。 06Ni6CrMoVTiAl(06Ni)钢在进行固溶处理后变软，可直接进行切削加工，再进行时效处理，故热处理变形小且可加工性好，表面粗糙度值低，具有良好的综合力学性能，热处理工艺简单，多用于制造高精度的塑料模具，大量应用于各行业。五、耐蚀性塑料模具钢1.耐蚀性塑料模具钢的热处理 在生产以具有化学腐蚀性塑料为原料的塑料制品时，要求模具必须具备较强的耐蚀性，同时具备一定的强度、硬度和耐磨性，耐蚀性塑料模具钢正是能适应这种需要的钢材。耐蚀性塑料模具钢常用的钢号有

15、20Cr13、40Cr13、95Cr18和14Cr17Ni2等，表4-13为常用耐蚀性塑料模具钢的化学成分。表4-13常用耐蚀性塑料模具钢的化学成分1.耐蚀性塑料模具钢的热处理表4-14常用耐蚀性塑料模具钢热处理工艺规范2.耐蚀性塑料模具钢的应用2.耐蚀性塑料模具钢的应用 下列几种耐蚀性塑料模具钢多用于制作耐蚀性高、耐磨性好的塑料模具。 20Cr13钢具有较高的韧性和冷变形能力，热处理后能获得较高的硬度和耐磨性，并具有良好的耐蚀性，适合制造承受高负荷并存在腐蚀介质的透明和不透明的塑料模具。 40Cr13钢抗大气和水蒸气腐蚀，热处理后能获得较高的硬度和耐磨性，适于制造表面粗糙度值要求不是很高，需

16、要高淬透性，韧性和延展性较好的塑料模具。 95Cr18钢热处理后具有高的硬度、耐磨性和耐蚀性，多适用于制造承受高耐磨、高负荷及在腐蚀介质作用下的塑料模具。 14Cr17Ni2钢对于氧化酸类以及盐酸类的水溶液有良好的耐蚀性，但有脆性倾向，易产生裂纹，焊接性差，易产生裂纹，热加工工艺复杂，多用于制造耐蚀性要求高的塑料模具。第四节塑料模具钢的热处理工艺与实例1.塑料模具的制造工艺路线(1)低碳钢及低碳合金钢制模具例如，20、20Cr、20CrMnTi等钢的工艺路线为：下料锻造模坯退火机械粗加工冷挤压成型再结晶退火机械精加工渗碳淬火、回火研磨抛光装配。(2)高合金渗碳钢制模具例如，12CrNi3A，1

17、2CrNi4A钢的工艺路线为：下料锻造模坯正火并高温回火机械粗加工高温回火精加工渗碳淬火、回火研磨抛光装配。(3)调质钢制模具例如，45、40Cr等钢的工艺路线为：下料锻造模坯退火机械粗加工调质机械精加工修整、抛光装配。(4)碳素工具钢及合金工具钢制模具例如，T7A、T10A、CrWMn、9SiCr等钢的工艺路线为：下料锻造模坯球化退火机械粗加工去应力退火机械半精加工淬火、回火机械精加工研磨抛光装配。(5)预硬钢制模具3.塑料模具的表面处理 塑料模具镀铬是一种应用最多的表面处理方法。镀铬层在大气中具有强烈的钝化能力，能长久保持金属光泽，在多种酸性介质中均不发生化学反应。镀层硬度高，因而具有优良

18、的耐磨性。镀铬层还具有较高的耐热性，在空气中加热到500时其外观和硬度仍无明显变化。 渗氮具有处理温度低(一般为550570)，模具变形甚微和渗层硬度高等优点，因而也非常适合塑料模具的表面处理。含有铬、钼、铝、钒和钛等合金元素的钢种比碳钢有更好的渗氮性能，用来制作塑料模具时进行渗氮处理可大大提高其耐磨性。 适于塑料模具的表面处理方法还有氮碳共渗，化学镀镍，离子镀氮化钛、碳化钛或碳氮化钛，PVD、CVD法沉积硬质膜或超硬膜等。二、塑料模具热处理实例1. 12CrNi3A钢制对开胶木模的热处理 该模具的形状和最终热处理工艺如图4-1所示。模具采用910恒温渗碳，保温后随炉(气体渗碳)或随箱(固体渗碳)降温到800850，取出悬挂或架空摆放，用风扇冷却至室温。对于模具型腔抛光性要求高的模具，也可悬挂于通有压缩氨气的冷却井中冷却。风冷淬火后在200250回火24h，处理后硬度为5356HRC，变形轻微，合面间隙小于0.05mm。图4-112CrNi3A钢制胶木模及最终热处理工艺2. CrWMn钢模套热浴淬火图4-2CrWMn钢模套及热处理工艺曲线 该模套形状及热处理工艺曲线如图4-2所示。模套经盐浴加热后以高于Ms点的温度(830)在硝盐浴中分级淬火(230)，出浴后油