模具材料与热处理-课题六.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,(,第四版,),模具材料与热处理,新世纪高职高专教材编审委员会组编,主编吴元徽赵利群,主审雷勇涛,课题六塑料模具材料,任务一 掌握塑料模具的工作条件与性能要求,任务二 选用塑料模具材料,任务三 制定塑料模具的热处理工艺,塑料模具是一种生产塑料制品的工具，工作时模具装夹在注射机上，参见图,6-1,，熔融塑料在压力推动下被注入成型模腔内，并在腔内冷却成型，然后动、定模分开，经由顶出系统,将制品从模腔顶出离开模具，最后模具再闭合进行下一次注射，整个注射过程是循环进行的。可见，在模具工作时，受到高温、高压、摩擦、冷热循环以及塑料的腐蚀，工作条件是比较恶劣的。,任务一掌握塑料模具的工作条件与性能要求,图,6-1,柱塞式注射机成型原理,1,柱塞,;2,料斗,;3,分流梭,;4,加热器,;5,喷嘴,;6,定模板,;7,塑件,;8,动模板,一、塑料模具的使用性能要求,任务一掌握塑料模具的工作条件与性能要求,任务一掌握塑料模具的工作条件与性能要求,一、塑料模具的使用性能要求,1,.,硬度、耐磨性和耐蚀性,2,.,强度、韧性和疲劳强度,:,注射压力,30200MPa,，闭模压力,1.52,倍,3,.,耐热性,：,20350,4,.,尺寸稳定性,5.,导热性,任务一掌握塑料模具的工作条件与性能要求,一、塑料模具的使用性能要求,钢的类型,牌号,适应的工作条件,渗碳钢,12CrNi2,、,12CrNi3A,、,20Cr,、,20CrMnMo,、,20Cr2Ni4A,生产批量较大，承受较大动载荷，受磨损较重的模具,10,、,20,生产批量较小，精度要求不高，尺寸不大的模具,调质钢,45,、,55,3Cr2Mo,、,40CrNiMoA,、,40CrNi2Mo,、,40CrMnMo,、,45CrNiMoVA,、,5CrNiMo,、,5CrMnMo,、,40Cr,、,4Cr5MoVSi,、,4Cr5MoV1Si,、,35SiMn2MoVA,大型、复杂、生产批量较大的塑料注射或挤压成型模,高碳工具钢,Cr12,、,Cr12MoV,、,CrWMn,、,9Mn2V,、,9CrWMn,、,Cr6WV,、,Cr4W2MoV,、,GCr15,、,SiMnMo,热固性塑料模具，生产批量较大，精度要求高及要求高强度、高耐磨的塑料注塑模,耐蚀钢,4Cr13,、,9Cr18,、,9Cr18MoV,、,Cr14Mo,、,Cr14MoV,要求耐腐蚀及表面要求较高的模具,沉淀硬化不锈钢,17-7PH,、,PH15-7Mo,、,PH14-8Mo,、,AM-355,马氏体,Ni18Co8Mo5TiA1,、,Ni20Ti2A1Nb,、,Ni25Ti2A1Nb,、,Cr5Ni12Mo3TiA1,复杂、精密、耐磨、耐腐蚀、超镜面的模具,任务一掌握塑料模具的工作条件与性能要求,一、塑料模具的使用性能要求,任务一掌握塑料模具的工作条件与性能要求,一、塑料模具的使用性能要求,任务一掌握塑料模具的工作条件与性能要求,一、塑料模具的使用性能要求,任务一掌握塑料模具的工作条件与性能要求,一、塑料模具的使用性能要求,任务一掌握塑料模具的工作条件与性能要求,一、塑料模具的使用性能要求,任务一掌握塑料模具的工作条件与性能要求,一、塑料模具的使用性能要求,二、塑料模具材料的工艺性能要求,1,.,切削加工性和表面抛光性,：,预硬,3545HRC,后切削加工,2,.,塑性加工性,：,冷挤压成型，超塑性热挤压成型,3,.,电加工性,：,电火花、线切割加工,4.,热处理工艺性,5.,表面处理工艺性,6,.,表面刻蚀性能和镜面加工性能,：,非金属夹杂物、基体硬度、组织均匀性的影响,7,.,焊接性能,任务一掌握塑料模具的工作条件与性能要求,二、塑料模具材料的工艺性能要求,中文名称,低密度,聚乙烯,硬质聚,氯乙烯,聚丙烯,聚苯乙烯,丙烯腈,-,丁二烯,-,苯乙烯,英文缩写,LDPE,PVC,PP,PS,ABS,烘料温度,/,7080,7090,80100,6075,8085,料筒温,度,/,前段,170200,170190,200220,170190,180200,中段,165180,180200,165180,后段,140160,160170,160180,140160,150170,模具温度,/,6070,3060,8090,3265,5080,注射压力,/MPa,60100,80130,70100,60110,60100,说明,高压聚乙烯成型条件除了模温宜为,3555,外，其他均与低压聚乙烯相似,丁苯橡胶改性以及甲基丙烯酸甲酯改性的聚苯乙烯成型条件与上相似,该成型条件为加工通用级,ABS,塑料时所用，苯乙烯一丙烯腈共聚物,(AS),成型条件与上相似,常用塑料的成型条件,任务一掌握塑料模具的工作条件与性能要求,一、,模具材料选择的基本要求,1,、,综合性能优良,一定的,硬度和耐磨性,：,使模具能够保持其形状和尺寸的稳定,;,足够的,强度和韧性,：,能承受一定的高压又能承受一定冲击载荷的作用,;,一定的,抗热性能,：,承受因强烈的摩擦而产生的局部高温。,2,、,工艺性能良好,良好的,冷、热加工性能及热处理工艺性能,，制造简单方便,任务二选用塑料模具材料,二、,模具材料选择时应考虑的因素,1,、,模具的工作条件,压力的,大小、冲击,载荷的大小,、工作温度及腐蚀情况等。,2,、,模具的失效形式,塑性变形失效、磨损失效,、疲劳,及断裂失效。,3,、,模具所加工的产品,塑料的种类、,批量的大小、质量的高低、,4,、,模具的结构,模具的大小、形状、模具工件的工作性质等,。,5,、,模具的制造工艺,6,、现有的设备及技术水平,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,类别,钢,种,类,别,钢种,渗碳型,20,20Cr,20Mn,12CrNi3A,20CrNiMo,DT1,DT2,，,0Cr4NiMoV,预硬型,3Cr2Mo,，,3Cr2NiMo,，,5NiSCa,，,Y55CrNiMnMoV(SM1),4Cr5MoSiVS,8Cr2S,，,8Cr2Mn.WMoVS(8CrMn),调质型,SM45,SM50,SM55,45,50,55,40Cr,，,40Mn,，,50Mn,，,S48C,，,4Cr5MoSiV,，,38CrMoAlA,耐蚀型,3Cr13,2Cr13,0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR),1Cr18Ni9,3Cr17Mo,0Cr17Ni4Cu4Nb(74PH),淬硬型,T7A,T8A,T10A,5CrNiMo,9SiCr,9CrWMn,GCr15,3Cr2W8V,Cr12MoV,45Cr2NiMoVSi,6CrNiSiMnMoV(GD),时效,硬化型,18Nil40,级，,18N1170,级，,18Ni210,级,10Ni3MnCuAlMoS(PMS),，,18Ni9Co,06Ni6CrMoVTiAl,，,25CrNi3MoAl,Y20CrNi3AlMnMo(SM2),任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,1,、渗碳型塑料模具用钢,主要用,途：,采用,冷挤压成型,法制造,塑料模具。,性能要求：,高的塑性和低的变形抗力,化学成分：,低的或超低的碳含量,工艺路线：,冷挤压成型渗碳淬火回火,表面硬度,：,58,62HRC,常用牌号：,20,，,20Cr,，,20Mn,，,12CrNi3A,，,20CrNiMo,，,DT1,，,DT2,，,0Cr4NiMoV,国外钢号：,8416,（瑞典）、,P2,、,P4(,美国,),重点介绍：,0,Cr4NiMoV(LJ),钢,、12,CrNi3A,钢,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,1,、渗碳型塑料模具用钢,（一）,0Cr4NiMoV(LJ),钢,(1),化学成分,：,表,LJ,钢的化学成分（质量分数）,（,%,）,C,Mn,Si,Cr,Ni,Mo,V,0.08,0.3,0.2,3.6,4.2,0.3,0.7,0.2,0.6,0.08,0.15,该钢含碳量很低，因而塑性优异、变形抗力低。钢中主加元素为铬，辅加元素为镍、钼、钒等，合金元素的主要作用是提高淬透性和渗碳能力，增加渗碳层的硬度和耐磨性以及心部的强韧性。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,1,、渗碳型塑料模具用钢,(2),工艺性能,：,LJ,钢具有良好的锻造性能和热处理工艺性。,锻造：加热,1230,，始锻：,1200,，终锻：,900,。,退火：加热,8802,，炉冷至,650,出炉空冷,硬度,100,105HBS,，可顺利进行冷挤压成形。,渗碳：,930(6,8),LJ,钢渗碳速度快，渗层比,20,钢深一倍。,淬火：,850,870,油淬,回火：,200,2202,表面,58,60HRC,，心部,27,29HRC,，变形微小。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,1,、渗碳型塑料模具用钢,(3),实际应用,：,用冷挤压法成形制造塑料模具,LJ,钢冷成形性与工业纯铁相近，模具型腔轮廓清晰、光洁、精度高。,LJ,钢主要用来替代,10,、,20,钢及工业纯铁等冷挤压成形的精密塑料模。由于渗碳淬硬层较深，基体硬度高，不会出现型腔表面塌陷和内壁咬伤现象，使用效果良好。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,1,、渗碳型塑料模具用钢,（二）,12CrNi3A,钢,(1),化学成分,：中淬透性合金渗碳钢,该钢含碳量低，加入镍、铬合金元素，以提高钢的淬透性和渗碳层的强韧性，尤其是镍，在产生固溶强化的同时，明显增加钢的塑韧性。与其它冷成形塑料模具钢相比，该钢的冷成形性属于中等。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,1,、渗碳型塑料模具用钢,（二）,12CrNi3A,钢,C,Si,Mn,Cr,Ni,P,、,S,0.09,0.16,0.17,0.37,0.30,0.60,0.60,0.90,2.75,3.25,0.025,表,12CrNi3A,钢的化学成分,（质量分数）（,%,）,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,(2),工艺性能,：,锻造工艺,：加热,1200,，始锻,1150,，终锻,850,退火工艺,：,740,7604,6,以,5,10,的速度缓冷至,600,，再炉冷至室温,硬度,160HBS,，适于冷挤压成形。,正火工艺,：,870,900,3,4,后空冷,硬度,229HBS,，切削加工性良好。,气体渗碳,：,900,920,6,7,渗碳层：,0.9,1.0,淬火工艺,：渗碳后预冷至,800,850,直接油淬或空冷,表层硬度：,56,62HRC,心部硬度：,250,380HBS,，变形微小。,任务二选用塑料模具材料,1,、渗碳型塑料模具用钢,（二）,12CrNi3A,钢,三、几种典型塑料模具材料,1,、渗碳型塑料模具用钢,（二）,12CrNi3A,钢,3.,实际应用,：,冷挤压成形的形状复杂的浅型腔塑料模具，大、中型切削加工成形的塑料模具,为了改善切削加工性，模坯须经正火处理，,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,2,、淬硬型塑料模具用钢,（,1,）,常用钢种,碳素工具钢,：,T7A,、,T8A,高碳低合金冷作模具钢：,9SiCr,、,9Mn2V,、,CrWMn,、,GCr15,、,7CrSiMnMoV,高耐磨冷作模具钢：,Cr12,、,Cr12MoV,高速钢：,W6Mo5Cr4V2,基体钢和某些热作模具钢：,65Nb,等,（,2,）,热处理,淬火,+,低温回火（少数采用中温回火或高温回火）,硬度：,45,50HRC,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,2,、淬硬型塑料模具用钢,（,3,）,实际应用,碳素工具钢,：,尺寸较小,、,受力较小,、,形状简单,、精度,要求不高的塑料模具,;,低合金冷作模具钢,：,尺寸较大、形状较复杂,、,精度较高的塑料模具,;,Cr12,型钢,：,高耐磨性的大型、复杂和精密的塑料模具,;,基体钢和,热作模具钢,：,较高强韧性和一定耐磨性的塑料模具。,GD,钢：,新的淬硬型塑料模具钢。该钢强韧性高、淬透性和耐磨性好，淬火变形小，价格低。,取代,Cr12MoV,钢或基体钢制造大型、高耐磨、高精度塑料模具，,不仅降低了成本，而且提高了模具的使用寿命。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,3,、预硬型塑料模具用钢,预硬钢,：,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的钢。,特点,：,在,硬度,30,40HRC,的状态下可以直接进行成型车削、钻孔、铣削、雕刻、精锉等加工，精加工后可直接交付使用，这就完全避免了热处理变形的影响，从而保证了模具的制造精度。,典型,钢种：,3,Cr2Mo,（,P20,）钢,3,Cr2NiMo,（,P4410,）钢,8,Cr2MnWMoVS,（,8Cr2S,）钢,5,CrNiMnMoVSCa,（,5NiSCa,）钢,Y55CrNiMnMoV,（,SM1,）钢,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,3,、预硬型塑料模具用钢,（一）,3Cr2Mo,（,P20,）钢,3Cr2Mo,钢是引进的美国塑料模具钢常用钢号。,（,1,）,化学成分及相变点,C,Si,Mn,Cr,Mo,P,、,S,0.28,0.40,0.20,0.80,0.60,1.00,1.40,2.00,0.30,0.55,0.030,3Cr2Mo,钢的化学成分,（质量分数）（,%,）,相变点,：,c1=770,，,Ac3=825,，,Ar1=640,，,Ar3=760,，,s=300,，,f=120,。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,3,、预硬型塑料模具用钢,（,2,）工艺性能,锻造：加热,1100,1150,，始锻,1050,1100,，,终锻,850,，锻后空冷。,退火：,8502,4h+7204,6h,，,500,出炉空冷。,淬火及回火：,860,870,油淬，,540,580,回火。,预硬态硬度为,30,35HRC,。,化学热处理：渗碳淬火后表面硬度可达,65HRC,具有较高的热硬度及耐磨性。,（一）,3Cr2Mo,（,P20,）钢,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,3,、预硬型塑料模具用钢,（一）,3Cr2Mo,（,P20,）钢,（,3,）,力学性能,硬度,HRC,b,/Mpa,0.2,/MPa,5(%),(%),k,/(J/cm,2,),30,1250,1140,14,58,11.5,P20,钢室温力学性能,(850,淬火，,550,回火,),任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,3,、预硬型塑料模具用钢,（一）,3Cr2Mo,（,P20,）钢,（,4,）,实际应用,制造大型塑料模具,：,电视机的外壳,模具、,洗衣机面板盖,模具,其切削加工性能及抛光性能均显著优于,45,钢，在相同抛光条件下，表面粗糙度比,45,钢低,1,3,级。,制造电视机外壳塑料模具，成型,24,万模次，模具仍完好无损。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,3,、预硬型塑料模具用钢,（二）,3Cr2NiMo,（,P4410,）钢,（,1,）,化学成分及相变点,3Cr2NiMo,钢是,3Cr2Mo,钢的改进型。,国内试制的,P4410,钢,(,瑞典生产的,718,钢,),C,Mn,Si,Cr,Mo,Ni,P,S,0.28,0.40,0.60,1.00,0.20,0.80,1.40,2.00,0.30,0.55,0.80,1.20,0.020,0.015,P4410,的化学成分（质量分数）,（,%,）,相变点,:,Ac1=725,Ac3=810,Ms=280,。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,3,、预硬型塑料模具用钢,（二）,3Cr2NiMo,（,P4410,）钢,(2),生产工艺,碱性平炉粗炼,真空脱气、钢包喷粉精炼,水压机锻造,粗加工,超声波探伤,调质热处理,检验出厂。,钢材洁净度较高，组织细密，镜面抛光性能好，表面粗糙度可达,R,a0.05,0.025m,。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,3,、预硬型塑料模具用钢,（二）,3Cr2NiMo,（,P4410,）钢,(3),性能特点,试验温度,/,b,/MPa,s,/MPa,(%),(%),k,/(J/cm,2,),HRC,室温,1120,1020,16,61,96,35,200,1006,882,13.6,56,400,882,811,14.0,67,P4410,钢的力学性能,(860,淬火，,650,回火,),预硬态硬度值为,32,36HRC,。,不需退火，可直接进行车、铣、磨等加工。,不需淬火回火，可直接使用，没有热处理变形。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,3,、预硬型塑料模具用钢,（二）,3Cr2NiMo,（,P4410,）钢,(4),应用,适于制造：,大型、复杂、精密塑料模具。,进一步提高模具寿命的方法：,化学热处理：渗氮、渗硼,火焰局部加热淬火：,800,825,，空冷或压缩空气冷却，,56,62HRC,表面镀铬：表面硬度可由,370,420HV,提高到,1000HV,，显著提高模具的耐磨性和耐蚀性。,补焊：修补，焊接质量良好，可以进行加工。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,3,、预硬型塑料模具用钢,（三）,8Cr2MnWMoVS,（,8Cr2S,）钢,由华中科技大学、首钢等单位研制的易切削精密塑料成形模具钢，是为适应精密塑料模和薄板无间隙精密冲裁模之急需而设计的。,C,Si,Mn,Cr,Mo,W,V,S,0.75,0.85,0.40,1.30,1.70,2.30,2.60,0.50,0.80,0.70,1.10,0.10,0.25,0.08,0.15,8Cr2S,钢的化学成分,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,3,、预硬型塑料模具用钢,（三）,8Cr2MnWMoVS,（,8Cr2S,）钢,（,1,）钢的特点,淬透性好,热处理变形小：,空冷淬硬直径,100mm,以上，空淬硬度为,61.5,62HRC,，当,860,900,淬火，,160,300,回火时，轴向总变形率,0.09%,，径向总变形率,0.15%,。,切削性能好：,退火硬度为,207,239HBS,，切削加工时，可比一般工具钢缩短加工工时,1/3,以上。硬态,40,45HRC,时，用高速钢或硬质合金刀具进行车、铣、刨、镗、钻等加工，相当于碳钢调质态，硬度为,30HRC,左右的切削性能，远优于,Cr12MoV,钢退火态硬度为,240HBS,时的切削性能。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,3,、预硬型塑料模具用钢,（三）,8Cr2MnWMoVS,（,8Cr2S,）钢,镜面研磨抛光性好：,采用相同的研磨加工，其表面粗糙度比一般合金工具钢低,1,2,级，最低表面粗糙度为,R,a 0.1,m,。,表面处理性能好：,渗氮性良好，渗氮层达,0.2,0.3mm,，渗硼附着力强。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,3,、预硬型塑料模具用钢,（三）,8Cr2MnWMoVS,（,8Cr2S,）钢,（,2,）应用,8Cr2S,作为预硬钢适宜于,制作各种类型的塑料模、胶木模、陶土瓷料模,以及印制板的冲孔模。该钢种制作的模具,配合精密度较其它合金工具钢高,1,2,个数量级，,表面粗造度低,1,2,级，使用寿命普遍高,2,3,倍，有的高十几倍。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,3,、预硬型塑料模具用钢,（四）,5CrNiMnMoVSCa,（,5NiSCa,）钢,易切削高韧性塑料模具钢,在预硬态（,35,45HRC,）韧性和切削加工性良好；镜面抛光性能好，表面粗糙度低，可达,R,a 0.2,0.1,m,，使用过程中表面粗糙度保持能力强；花纹蚀刻性能好，清晰，逼真；淬透性好，可作型腔复杂、质量要求高的塑料模。该钢在高硬度下（,50HRC,以上），热处理变形小，韧性好，并具有较好的阻止裂纹扩展的能力。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,3,、预硬型塑料模具用钢,（四）,5CrNiMnMoVSCa,（,5NiSCa,）钢,（,1,）化学成分及相变点,C,Cr,Ni,Mn,Mo,V,S,Ca,0.57,0.89,1.03,1.19,0.52,0.26,0.028,0.0036,5NiSCa,钢的化学成分（质量分数）（,%,）,加热时相变点,695,735,，冷却时相变点,378,305,，,Ms220,。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,3,、预硬型塑料模具用钢,（四）,5CrNiMnMoVSCa,（,5NiSCa,）钢,（,2,）工艺性能,锻造：加热,1100,，始锻,1070,1100,，终锻,850,，锻后砂冷。,球化退火：,770,3h+660,7h,，炉冷到,550,出炉空冷。退火硬度,241HBS,，加工性能良好。,淬火：,880,900,，小件取下限，大件取上限，油冷或,260,硝盐分级淬火。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,3,、预硬型塑料模具用钢,（四）,5CrNiMnMoVSCa,（,5NiSCa,）钢,（,3,）力学性能,采用了,S-Ca,复合易切削系和喷射冶金技术，硫化物的分布比较均匀,有高的淬透性和镜面抛光性，,模具硬度为,3545HRC,时，可顺利进行各种加工。,5NiSCa,钢经,880,和,900,淬火后的力学性能，见表所列。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,3,、预硬型塑料模具用钢,（四）,5CrNiMnMoVSCa,（,5NiSCa,）钢,淬火,/,回火,/,0.2,/Mpa,b,/MPa,bc,/MPa,(%),(%),k/,(J/cm,2,),HRC,880,575,1240.7,1274.0,1271.1,8.8,42.1,46.1,45.5,625,1240.7,1274.0,1271.1,8.8,42.1,46.1,39,650,1008.4,1045.7,1011.4,9.0,45.3,56.8,36,900,575,1364.2,1430.8,1442.6,7.9,39.6,42.1,47,625,1252.4,1291.6,1355.3,8.3,41.7,49,41.5,650,1061.3,1084.9,1110.3,10.5,47.0,66.6,37,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,3,、预硬型塑料模具用钢,（四）,5CrNiMnMoVSCa,（,5NiSCa,）钢,（,4,）生产应用,制造,型,腔复杂、型腔质量要求高的,塑料模具,注射模,压缩模,橡胶模,印制板冲孔模,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,3,、预硬型塑料模具用钢,（五）,Y55CrNiMnMoV,（,SM1,）钢,SM1,属易切削调质型预硬化塑料模具钢，预硬态交货，预硬硬度为,35,40HRC,。易切削效果明显、性能稳定、综合性能明显优于,45,钢，还具有耐蚀性较好和可渗氮等优点。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,3,、预硬型塑料模具用钢,（五）,Y55CrNiMnMoV,（,SM1,）钢,（,1,）化学成分及相变点,SM1,钢化学成分（质量分数）,(%),C,Mn,S,P,Cr,Ni,Mo,V,Si,0.50,0.60,0.80,1.20,0.080,0.150,0.030,0.80,1.20,1.00,1.50,0.20,0.50,0.10,0.30,0.40,相变点,：,Ac1=712,、,Ac3=772,、,s=290,。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,3,、预硬型塑料模具用钢,（五）,Y55CrNiMnMoV,（,SM1,）钢,（,2,）工艺性能,锻造：锻造性能良好，锻造无特殊要求。,软化,处理,：,800,3,+680,5,，硬度,235HBS,。,淬火、回火：,800,860,加热油淬，,600,650,回火,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,3,、预硬型塑料模具用钢,（五）,Y55CrNiMnMoV,（,SM1,）钢,（,3,）力学性能,b,/MPa,0.2,/Mpa,5,(%),(%),k,/(J/cm,2,),硬度,HRC,1176,980,15,45,44,35,SM1,钢的力学性能,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,3,、预硬型塑料模具用钢,（五）,Y55CrNiMnMoV,（,SM1,）钢,（,4,）实际应用,Y55CrNiMnMoV,钢生产工艺简便易行，性能优越稳定，使用寿命长。经电子、仪表、家电、玩具、日用五金等行业推广应用，效果显著。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,4,、时效硬化型塑料模具用钢,成分,特点,：,碳含量低、合金度较高,热处理特点：,固溶处理（温度高）,+,时效（温度低）,性能特点：,固溶处理后，,硬度低,HRC30,左右,，可,机械成型加工,。,低温,时效处理,，,析出弥散合金化合物，,获,高,硬度，这就,有效地保证了模具最终尺寸和形状的精度。,介绍几种时效硬化型塑料模具用钢。,25,CrNi3MoAl,钢,18,Ni,类钢,06,Ni6CrMoVTiAl,（,06Ni,）钢,10,Ni3MnCuAlMoS,（,PMS,）镜面塑料模具钢,Y20CrNi3AlMnMo,（,SM2,）钢,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,4,、时效硬化型塑料模具用钢,（一）,25CrNi3MoAl,钢,25CrNi3MoAl,属低镍无钴时效硬化钢，这是参考了美国,P21,钢的成分，并根据我国冶炼工业的特点及使用厂对性能的要求加以改进而研制的一种新型时效硬化钢，为我国时效硬化型精密塑料模具专用钢种填补了空白。,（低镍无钴，价格远低于马氏体时效钢,-,06Ni6CrMoVTiAl,和,18Ni,系列钢,）,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,4,、时效硬化型塑料模具用钢,（一）,25CrNi3MoAl,钢,（,1,）化学成分和相变点,C,Cr,Ni,Mo,Al,Si,Mn,S,、,P,0.2,0.3,1.2,1.8,3.0,4.0,0.2,0.4,1.0,1.6,0.2,0.5,0.5,0.8,0.03,25CrNi3MoAl,钢的化学成分（质量分数,),（,%,）,相变点,Ac1740,，,Ac3780,，,Ms290,。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,4,、时效硬化型塑料模具用钢,（一）,25CrNi3MoAl,钢,（,2,）,力学性能,加热温度,/,880,920,960,1000,硬度,HRC,49,48.5,46.4,45.6,25CrNi3MoAl,钢经不同温度,（保温,30min,）,固溶处理后的硬度,880,水冷,(,马氏体,),后,49HRC,，经过,680 46h,高温回火（,回火马氏体，不析出,Ni3Al,相,），软化至,2223HRC,后，进行机械加工。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,4,、时效硬化型塑料模具用钢,（一）,25CrNi3MoAl,钢,（,2,）,力学性能,时效温度,/,500,520,540,硬度,HRC,35.5,38,39,41,39,42,25CrNi3MoAl,钢时效处理,（,2024h,，析出,NiAl,相）,后的硬度,HRC,b,/Mpa,s,/MPa,(%),(%),k,/(J/cm,2,),39,42,1260,1350,1170,1200,13,16.8,55,59,45,52,25CrNi3MoAl,钢的室温力学性能,25CrNi3MoAl,钢经,880,固溶，,680,回火，,540,时效处理,8,后的力学性能,如下表,k,值为夏比,U,形试样冲击韧度值。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,4,、时效硬化型塑料模具用钢,（一）,25CrNi3MoAl,钢,（,3,）热处理工艺,一般精密塑料模具：,淬火高温回火机加工成形时效处理研磨、抛光或光刻花纹装配使用,淬火：,880,，空冷或水冷，,48,50HRC,高温回火,:680,4,6,，空冷或水冷，,22,23HRC,经机加工成形,时效处理,:520,540,6,8,，空冷，,39,42HRC,研磨、抛光或光刻花纹后装配使用。,变形率为,-0.039,。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,4,、时效硬化型塑料模具用钢,（一）,25CrNi3MoAl,钢,高精密塑料模具：,淬火高温回火机加工成形,去应力退火,精加工时效处理研磨、抛光或光刻花纹装配使用,研磨、抛光或光刻花纹装配使用,淬火：,880,，空冷或水冷，,48,50HRC,高温回火,:680,4,6,，空冷或水冷，,22,23HRC,经粗加工和半精加工,去应力退火：,650,1,，消除残留内应力，再精加工。,时效处理,:520,540,6,8,，空冷，,39,42HRC,研磨、抛光或光刻花纹后装配使用。,变形率为,-0.01%,-0.02%,。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,4,、时效硬化型塑料模具用钢,（一）,25CrNi3MoAl,钢,冲击韧度要求不高的塑料模具：,锻坯退火后直接经粗加工、精加工，进行,520,540,、,6,8,的时效处理，再经研磨、抛光及装配使用。经此处理后，模具硬度,40,43HRC,，时效变形率,0.05%,。,冷挤型腔工艺的塑料模具：,模具锻坯经软化处理后，即对模具挤压面进行加工、研磨、抛光。然后对冷挤压模具型腔和模具外形进行修整，最后对模具进行真空时效处理或表面渗氮处理后再装配使用,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,4,、时效硬化型塑料模具用钢,（一）,25CrNi3MoAl,钢,（,4,）特点及应用,综上所述，,25CrNi3MoAl,钢有如下特点：,钢中含镍量低，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,230,250HBS,，常规切削加工和电加工性能良好。时效硬度为,38,42HRC,，时效处理及渗氮处理温度范围相当，且渗氮性能好，渗氮后表层硬度达,1000HV,以上，而心部硬度保持在,38,42HRC,。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,4,、时效硬化型塑料模具用钢,（一）,25CrNi3MoAl,钢,镜面研磨性好，表面粗糙度可在,Ra 0.2,0.025,m,，表面光刻浸蚀性好，光刻花纹清晰均匀。,焊接修补性好，焊缝处可加工，时效后焊缝硬度和基体硬度相近。,25CrNi3MoAl,钢可用以制作普通及高精密塑料模具，经十多家工厂试用，技术经济效益显著。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,4,、时效硬化型塑料模具用钢,（二）,18Ni,类钢,00Ni18Co8Mo3TiAl,（,140,级）,00Ni18Co8Mo5TiAl,（,170,级）,00Ni18Co9Mo5TiAl,（,210,级,),00Ni18Co12Mo4Ti2Al,这类钢属于低碳马氏体时效钢，其成分和力学性能见,下,表,任务二选用塑料模具材料,18Ni,钢级,化学成分（,w,，）,热处理工 艺,s,/MPa,b,/MPa,(%),(%),硬度,HRC,Ni,Co,Mo,Ti,Al,140,级,17.5,18.5,8,9,3.0,3.5,0.15,0.25,0.05,0.15,815,10,固溶处理,1h,空冷，经,480,10,时效,3h,，空冷,1350,1450,1400,1550,14,16,65,70,46,48,170,级,17,19,7.0,8.5,4.6,5.2,0.3,0.5,0.05,0.15,1700,1900,1750,1950,10,12,48,58,50,52,210,级,18,19,8.0,9.5,4.6,5.2,0.55,0.80,0.05,0.15,2050,2100,2100,2150,12,60,53,55,18Ni,类钢的化学成分和力学性能,三、几种典型塑料模具材料,4,、时效硬化型塑料模具用钢,（二）,18Ni,类钢,马氏体时效钢碳质量分数极低（约,0.03%,），目的是改善钢的韧性。因这类钢的屈服强度有,1400MPa,，,1700MPa,，,2100MPa,三个级别，可分别简写为,18Ni140,级、,18Ni170,级和,18Ni210,级，也分别对应国外的,18Ni250,级、,18Ni300,级和,18Ni350,级。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,4,、时效硬化型塑料模具用钢,（二）,18Ni,类钢,18Ni,马氏体时效钢中起时效硬化作用的合金元素是钛、铝、钴，钼。,18Ni,中加入大量的镍，主要作用是保证固溶体淬火后能获得单一的马氏体，其次,Ni,与,Mo,作用形成时效强化相,Ni3Mo,，镍的质量分数在,10%,以上，还能提高马氏体时效钢的断裂韧度。,18Ni,类钢主要用在精密锻模及制造高精度、超镜面、型腔复杂、大截面、大批量生产的塑料模具。但因,Ni,、,Co,等贵重金属元素含量高，价格昂贵，尚难以广泛应用。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,4,、时效硬化型塑料模具用钢,（三）,06Ni6CrMoVTiAl,（,06Ni,）钢,06Ni6CrMoVTiAl,钢属低镍马氏体时效钢。该钢突出优点是热处理变形小，抛光性能好，固溶硬度低，切削加工性能好，具有良好的综合力学性能以及渗氮、焊接性能。因为合金含量低，其价格比,18Ni,型马氏体时效钢低得多。,(1),化学成分及相变点,低碳马氏体时效钢的硬化机理是在马氏体基体中析出金属间化合物而产生硬化，这首先要求低含碳量，并含有时效硬化元素，以提高钢的时效硬度。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,4,、时效硬化型塑料模具用钢,（三）,06Ni6CrMoVTiAl,（,06Ni,）钢,C,Ni,Cr,Mo,Ti,Al,V,Mn,Si,P,、,S,0.06,5.5,6.5,1.3,1.6,0.9,1.2,0.9,1.3,0.6,0.9,0.08,0.16,0.5,0.6,0.03,06Ni6CrMoVTiAl,钢的化学成分（质量分数,),（,%,）,相变点,Ac1=705,、,Ac3=836,、,Ar1=425,、,Ar3=525,、,Ms=512,、,Mf=395,。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,4,、时效硬化型塑料模具用钢,（三）,06Ni6CrMoVTiAl,（,06Ni,）钢,(2),热加工工艺,锻造：加热,1100,1150,，终锻,850,，锻后空冷。,软化退火：,680,高温回火,固溶处理：固溶处理可以利用锻轧后快速冷却实现，也可以把钢材加热到固溶温度之后油冷或空冷实现。,820,固溶后，空冷硬度为,26,28HRC,，,油冷硬度为,24,25HRC,，,水冷硬度为,22,23HRC,。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,4,、时效硬化型塑料模具用钢,（三）,06Ni6CrMoVTiAl,（,06Ni,）钢,固溶后冷速越快，硬度越低，但时效后硬度值却更高。,06Ni,钢的时效硬度比,18Ni,类高合金马氏体时效钢固溶硬度（,28,32HRC,）低，故而切削加工性能优于高合金马氏体时效钢。,推荐的固溶处理工艺：,固溶温度,800,880,，保温,1,2,，油冷。,时效处理：,500,540,，,4,8,，硬度为,42,45HRC,。,任务二选用塑料模具材料,三、几种典型塑料模具材料,4,、时效硬化型塑料模具用钢,（三）,06Ni6CrMoVTiAl,（,06Ni,）钢,（,3,）,力学性能,试验温度,/,b,/Mpa,0.2,/,MPa,(%),(%),k,/(J/cm,2,),室温,1478,1422,9.3,37.2,3