常见时效硬化型塑料模具钢

1、常见时效硬化型塑料模具钢 此类钢的共同特点是含碳量低、合金度较高，经高温淬火(固溶处理)后，钢处于软化状态，组织为单一的过饱和固溶体。但是将此 固溶体进行时效处理，即加热到某一较低温度并保温一段时间后，固溶体中就会析出细小弥散的金属化合物，从而造成钢的强化和硬化。并 且，这一强化过程引起的尺寸、形状变化极小。 因此，采用此类钢制造塑料模具时，可在固溶处理后进行模具的机械成形加工，然后通过时效处理，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最终尺寸和形状的精度。 此外，此类钢往往采用真空冶炼或电渣重熔，钢的纯净度高，所以镜面抛光性能和光蚀性能良好。这一类钢还可以通过镀铬、渗氮、 离子

2、束增强沉积等表面处理方法来提高耐磨性和耐蚀性。下面介绍几种时效硬化型塑料模具用钢 名称 说明 工艺 特点及应用 25CrNi3MoA l钢 25CrNi3MoAl属低镍无钴时效 硬化钢，这是参考了国外同类 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 (1) 用作一般精密塑料模具：淬火加热温度880 C，空冷或水冷淬火， 淬火硬度4850HRC再经680C，46 h高温回火，空冷或水冷，回火 硬度2223HRC经机加工成形。再经时效处理，时效温度520540 C， 保温68 h，空冷，时效硬度 3942HRC再经研磨、抛光或光刻花纹 后装配使用

3、。时效变形率大约为-0.039 %。 (2) 用于高精密塑料模具：淬火加热温度880C，再经680C高温回火， 其余工艺冋上。但在咼温回火后对模具进行粗加工和半精加工，再经 650 C保温1 h，消除加工后的残留内应力，然后再进行精加工。此后的 时效、研磨、抛光等工艺仍同上。经此处理后时效变形率仅为-0.01% -0.02%。 (3) 用于对冲击韧度要求不高的塑料模具： 对退火的锻坏直接经粗加工、 精加工，进行520540C、68 h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 4043HRC时效变形率W 0.05%。 (4) 用作冷挤型腔工艺的塑料模具：模具锻坏经软化处理后，

4、即对模具 (1) 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。 (2) 调质硬度为 230250HBS常规切削加工 和电加工性能良好。 时效硬度为3842HRC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3842HRC (3) 镜面研磨性好，表面粗糙度可在Ra0.2 0.025卩m,表面光刻浸蚀性好，光刻花纹清晰 均匀。 (4) 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。 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。

5、 18Ni类钢 属于低碳马氏体时效钢 经480C 10C时效3h,空冷 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%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等贵重金属兀素含量高，价 格昂贵，尚难以广泛应用。 06Ni6CrMoV TiAl (06Ni) 钢 06Ni6CrMoVTiAI钢属低镍马氏 体时效钢。该钢突出优点是热

6、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。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。 (1 )锻造：加热温度11001150C，终锻温度850C，锻后空冷。 (2) 软化退火：可采用 680 C高温回火处理达到软化目的。 (3) 固溶处理：固溶是时效硬化钢必要的工序，通过固溶既可达到软化 目的，又可以保证钢材在最终时效时具有硬化效应。固溶处理可以利用 锻轧后快速冷却实现，也可以把钢材

7、加热到固溶温度之后油冷或空冷实 现。 固溶处理后，采用的冷却方式不冋，对固溶及时效硬度影响很大。 如820C 固溶后，空冷硬度为2628HRC油冷硬度为 2425HRC水冷硬度为 2223HRC固溶后冷速越快，硬度越低，但时效后硬度值却更高。 06钢的时效硬度比18Ni类高合金马氏体时效钢固溶硬度(2832HRC 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800880 C，保温12h,油冷。 (4) 时效处理：推荐的时效工艺：时效温度500540 C,时效时间4 8 h,硬度为 4245HRC 马氏体时效钢06Ni6CrMoVTiAI已分别应用在化 工、仪表、轻

8、工、电器、航空航天和国防工业 部门，用以制作磁带盒、照像机、电传打字机 等零件的塑料模具，均收到很好效果。 该钢制作的录音机磁带盒塑料模具寿命可达 200万次以上，压制的产品质量可与进口模具压 制的产品相媲美；制作收录机磁带盒塑料模具， 其平均寿命达110万次以上。 10Ni3CuAIM oS(PMS镜 面塑料模具 钢 光学塑料镜片、透明塑料制品 以及外观光洁、光亮、质量高 的各种热塑性塑料壳体件成形 模具，国外通常选用表面粗糙 (1) 锻造：PMSi冈有良好的锻造性能，锻造加热温度11201160C，终 锻温度850C，锻后空冷或砂冷。 (2) 固熔处理：固溶处理的目的是为了使合金元素在基体

9、内充分溶解， 使固溶体均匀化，并达到软化，便于切削加工。经840850C加热3 h PMS镜面塑料模具钢适于制造各种光学塑料镜 片，高镜面、高透明度的注射模以及外观质量 要求极高的光洁、 光亮的各种家用电器塑料模。 例如电话机壳体模具，生产出的电话机塑料壳 度低、光亮度高、变形小、精 度高的镜面塑料模具钢制造。 镜面性能优异的塑模钢，除要 求具有一定强度、硬度外，还 要求冷热加工性能好，热处理 变形小。特别是还要求钢的纯 洁度咼，以防在镜面出现针孔、 桔皮、斑纹及锈蚀等缺陷。 PMS镜面塑料模具钢是一种新 型的析出硬化型塑料模具钢， 具有良好的冷热加工性能和综 合力学性能，热处理工艺简便， 变

10、形小，淬透性高，适宜进行 表面强化处理，在软化状态下 可进行模具型腔的挤压成形。 固溶处理，空冷后的硬度为2830HRC (3)时效处理：钢的最终使用性能是通过回火时效处理而获得的，钢出 现硬化峰值的温度约为 510C 10C，时效后硬度为 4042HRC (4 )变形率：PMS的变形率很小，收缩量V0.05%，总变形率径向为 -0.11 %0.041 %，轴向为-0.021%0.026%，接近马氏体时效钢。 体制品外观质量达到国外冋类产品的先进水 平，模具使用寿命也明显提高。又如大型双卡 收录机注射模，生产出的机壳外观质量高，原 用45钢制造注射模，模具寿命15万模；而PMS 钢制造的注射模

11、，寿命达 40万模。 PMSi冈是含铝钢，其渗氮性能好，时效温度与渗 氮温度相近，因而，可以在渗氮处理的同时进 行时效处理。渗氮后模具表面硬度、耐磨性、 抗咬合性均提高，可用于注射玻璃纤维增强塑 料的精密成形模具。 PMSI冈还具有良好的焊接性能，对损坏的模具可 进行补焊修复。PMSi冈还适于咼精度型腔的冷挤 压成形 Y20CrNi3AI MnMo( SM2 钢 Y20CrNi3AIMnMo ( SM2 属时效 硬化型塑料模具钢 (1) 锻造：锻造性能良好，锻造无特殊要求。 (2) 软化处理：870930C加热，油冷，680700 C高温回火 2h，油 冷，硬度w 30HRC (3) 热处理工

12、艺：870930 C加热，油淬，680700 C油冷，500560 C 时效。 Y20CrNi3AIMnMo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。 耐蚀塑料模 具钢PCR 0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR)钢属析出 硬化不锈钢，硬度为3235HRC 时可进行切削加工。该钢再经 460480 C时效处理后，可获 得较好的综合力学性能。 1. 锻造工艺：加热温度 11801200C，始锻温度11501100C，终锻温 度1000 C空冷或砂冷。 钢中含有元素铜，其压力加工性能与含铜量有很大关系。当铜质量分数 wCu4.5%时

13、，锻造易出现开裂；当铜质量分数wCiW 3.5%时，其压力加 工性能有很大改善。锻造时应充分热透，锻打时要轻锤快打，变形量小； 然后可重锤，加大变形量。 2. 固溶处理：固溶温度 1050 C，空冷，硬度为 3235HRC在此硬度下 可以进行切削加工。 3. 时效处理：在420480 C时效，其强度和硬度可以达到最高峰值，但 PCRI冈适于制作含有氟、氯的塑料成形模具，具 有良好的耐蚀性。 具体应用：如用于氟塑料或聚氯乙烯塑料成形 模、氟塑料微波板、塑料门窗、各种车辆把套、 氟氯塑料挤出机螺杆、料筒以及添加阻燃剂的 塑料成形模，可作为 17-4PH钢的代用材料。 聚三氟氯乙烯阀门盖模具，原用4

14、5钢或镀铬处 理模具，使用寿命 10004000件；用PCR钢， 当使用6000件时仍与新模具一样，未发现任何 在440 C时冲击韧度最低，因此，推荐时效处理温度为460 C，时效后硬 度为4244HRC 4.淬透性及淬火变形：PCR钢淬透性好，在$ 100mm断面上硬度均匀分布。 回火时效后总变形率： 径向为-0.04%-0.05%，轴向为-0.037%-0.04%。 锈蚀或磨损，模具寿命达1000012000件。 四氟塑料微波板，原用 45钢或表面镀铬模具， 使用寿命仅23次；改用PCR钢后，模具使用 300次，未发现任何锈蚀或磨损，表面光亮如镜。 铜合金 主要是铍青铜，如ZCuBe2、

15、ZCuBe2.4 等 一般米用铸造方法制模，不仅成本低，周期短，而且还可制出形状复杂 的模具。铍青铜可通过固溶一时效强化，固溶后合金处于软化状态，塑 性较好，便于机械加工。经时效处理后，合金的抗拉强度可达1100 1300MPa硬度可达 4042HRC 铍青铜适用于制造吹塑模、注射模等，以及一 些高导热性、高强度和高耐腐蚀性的塑料模。 利用铍青铜铸造模具可以复制木纹和皮革纹， 可以用样品复制人像或玩具等不规则的成型面 铝合金 铝合金的密度小，熔点低，力口 工性能和导热性都优于钢，其 中铸造铝硅合金还具有优良的 铸造性能，因此在有些场合可 选用铸造铝合金来制造塑料模 具，以缩短制模周期，降低制 模成本。常用的铸造铝合金牌 号有ZL101等，它适于制造要 求高导热率，形状复杂和制造 周期短的塑料模具。 形变铝合金Lcq也是用于塑料模制造的铝合金 之一，由于它的强度比ZL101高，可制作要求 强度较高且有良好导热性的塑料模。 锌合金 用于制作塑料模具