塑料成型模具材料的特性论文(模具用钢论文)或者毕业论文

1、某某学院毕 业 论 文 题 目 塑料成型模具材料的特性 姓 名： 指导教师：院 系： 专 业： 级 别： 某某学院任 务 书学 生 姓 名指导教师(签名)班 级系 主 任(签名)论 文 题 目塑料成型模具材料的特性开 题 日 期开始进行日期计划完成日期计划答辩日期毕业论文的基本要求 :论文要求统一使用Microsoft Word软件进行文字处理统一采用A4页面,论文正文为小四号宋体正文字间距为标准,行间距为单倍行距,页码在下边线下居中放置,正文以后的页码用阿拉伯数字编排论文应包括的内容 ：封面 、任务书 、摘要、 关键词、 目录页。主体部分包括：引言、 正文、结论、致谢、参考文献、附录等进度计

2、划 :前期做好材料准备工作以及格式上的确定,中期做好论文正文的编辑和整理,后期做好细节的检查达到规范.要求学生呈缴论文日期填表日期摘 要模具材料应用日趋广泛，特别在汽车、电子、机械、建材和塑料等行业。本书主要以讲叙塑料模具材料的性能为主，塑料在日常生活中必不可少的产品，如何将产品做好就必须对从模具材料有充分的认识。而对材料的特性显的特别重要，能帮助设计师提供最佳的方案以提倡节约合理利用资源。关键词：模具钢 处理工艺 工艺路线 前 言 本书是根据模具材料及表面处理课程教学大纲编写的，在模具的设计制造中能否合理选用模具材料是模具制造的关键问题，模具材料是模具制造业的物质基础和技术基础，其中模具钢是

3、传统的模具材料，其品种、规格、质量、对模具的性能、使用寿命和模具制造周期起着决定性作用。所以要想从众多钢种中选出合理的钢材就必须对钢材的 性能有充分的认识。 此次的论文题目正好让本人有机会向大家介招塑料成型模具材料的性能。其中会有许多新材料、新工艺、新技术的应用，作者查阅了很多资料作了合理的编制，于是有了此篇论文。 这篇论文主要以介招塑料成型模具材料的规格和所涉及的一些加工工艺，鉴于初次发表此篇文章多少会存在诸多问题和疑点还望同学老师指导批评。谢谢！目 录第1章 塑料模具常用材料的特性1.1模具材料的分类1.1.1 渗碳型塑料模具用钢1.1.2 淬硬型塑料模具用钢1.1.3 预硬型塑料模具用钢

4、1.1.4 时效硬化型塑料模具用钢1.1.5 耐蚀塑料模具钢1.1.6 其它塑料模具材料第2章 塑料模具零件的热处理工艺2.1 塑料模具的制造工艺路线 2.2 塑料模具的热处理特点2.2.1 渗碳钢塑料模的热处理特点 2.2.2 淬硬钢塑料模的热处理2.2.3 预硬钢塑料模的热处理2.2.4 时效硬化钢塑料模的热处理2.3 塑料模的表面处理3.结论4.致谢5.参考文献第1章 塑料模具常用材料的特性1.1模具材料的分类随着塑料产量的提高和应用领域的扩大，对塑料模具提出了越来越高的要求，促进了塑料模具的不断发展。目前塑料模具正朝着高效率、高精度、高寿命方向发展，推动了塑料模具材料迅速发展。 我国目

5、前用于塑料模具的钢种，可按钢材特性和使用时的热处理状态分类，见表1.1表1.1 塑料模具用钢分类 类 别钢 种渗碳型20,20Cr,20Mn,12CrNi3A,20CrNiMo,DT1,DT2,0Cr4NiMoV预硬型3Cr2Mo,Y20CrNi3AlMnMo(SM2),5NiSCa,Y55CrNiMnMoV(SM1),4Cr5MoSiVS,8Cr2MnWMoVS(8CrMn)调质型45,50,55,40Cr,40Mn,50Mn,S48C,4Cr5MoSiV,38CrMoAlA耐蚀型3Cr13,2Cr13,Cr16Ni4Cu3Nb(PCR),1Cr18Ni9,3Cr17Mo,0Cr17Ni4C

6、u4Nb(74PH)淬硬型T7A,T8A,T10A,5CrNiMo,9SiCr,9CrWMn,GCr15,3Cr2W8V,Cr12MoV,45Cr2NiMoVSi,6CrNiSiMnMoV(GD)时效硬化型18Ni140级,18Ni170级,18Ni210级,10Ni3MnCuAl(PMS),18Ni9Co,06Ni16MoVTiAl,25CrNi3MoAl对于我国传统常用的塑料模具钢，已有很多书藉资料作过详细的论述，本节主要介绍我国近年研制和从国外引进并已在生产中推广使用的塑料模具钢。 一、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形的塑料模。为了便于冷挤压成形，这类钢在退 火态

7、须有高的塑性和低的变形抗力，因此，对这类钢要求有低的或超低的含碳量，为了提高模具的耐磨性，这类钢在冷挤压成形后一般都进行渗碳和淬回火处理，表面硬度可达5862HRC。 此类钢国外有专用钢种，如瑞典的8416、美国的P2和P4等。国内常采用工业纯铁（如DT1和DT2）、20、20Cr、12CrNi3A和12Cr2Ni4A钢，以及国内最新研制的冷成形专用钢 1.1.1 渗碳型塑料模具用钢（一）0Cr4NiMoV（LJ）钢 1. 化学成分：表1.2是LJ钢的化学成分。 表1.2 LJ钢的化学成分（质量分数） （%） 成份CMnSiCrNiMoV质量分数0.080.30.23.64.20.30.70.

8、20.60.080.15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。 2.工艺性能：LJ钢具有良好的锻造性能和热处理工艺性。 锻造工艺：加热温度1230，始锻温度1200，终锻温度900。 退火工艺：加热880，保温2，随炉缓冷至（冷速约40h）650后出炉空冷，退火硬度100105HBS，可顺利地进行冷挤压成形。 固体渗碳工艺：加热930×（68），渗后在850870油淬，再进行200220×2的低温回火，热处理后表面硬度5860HRC，心部硬度为2

9、729HRC，热处理变形微小。LJ钢渗碳速度快，渗层深度比20钢深一倍。 3.实际应用：LJ钢冷成形性与工业纯铁相近，用冷挤压法成形的模具型腔轮廓清晰、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。 （二）12CrNi3A钢 1.化学成分：12CrNi3A钢是传统的中淬透性合金渗碳钢，其成分见表3-4。该钢含碳量较低，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。 表1

10、.3 12CrNi3A钢的化学成分 （质量分数） （%） 成份CMnSiCrNiP.S质量分数0.090.160.300.600.170.370.600.902.753.250.0252.工艺性能：锻造加热温度为1200，始锻温度1150，终锻温度大于850，锻后缓冷，锻后必须软化退火。 退火工艺：740760加热，保温46后以510的速度缓冷至600，再炉冷至室温，退火后的硬度160HBS，适于冷挤压成形。 正火工艺：870900加热并保温34后空冷，正火后硬度229HBS，切削加工性良好。 12CrNi3A钢采用气体渗碳工艺时，加热温度为900920保温67，可获得0.91.0的渗碳层，渗

11、碳后预冷至800850直接油淬或空冷，淬火后表层硬度可达5662HRC，心部硬度为250380HBS，变形微小。 3. 实际应用： 12CrNi3A钢主要用于冷挤压成形的形状复杂的浅型腔塑料模具。也可用来制造大、中型切削加工成形的塑料模具，为了改善切削加工性，模坯须经正火处理， 1.1.2 淬硬型塑料模具用钢 （一）常用钢种及热处理 常用的淬硬型塑料模具钢有：碳素工具钢（如T7A、T8A）、低合金冷作模具钢（如9SiCr、9Mn2V、CrWMn、GCr15、7CrSiMnMoV钢）、Cr12型钢（如Cr12MoV钢）、高速钢（如W6Mo5Cr4V2钢）、基体钢和某些热作模具钢等。这些钢的最终热

12、处理一般是淬火和低温回火（少数采用中温回火或高温回火），热处理后的硬度通常在4550HRC以上。 （二）实际应用 碳素工具钢仅适于制造尺寸不大，受力较小，形状简单以及变形要求不高的塑料模；低合金冷作模具钢主要用于制造尺寸较大、形状较复杂和精度较高的塑料模；Cr12型钢适于制造要求高耐磨性的大型、复杂和精密的塑料模；W6Mo5Cr4V2钢适于制造要求强度高和耐磨性好的塑料模；热作模具钢适合于制造有较高强韧性和一定耐磨性的塑料模。 另外，GD钢也是近年新推广使用的一种淬硬型塑料模具钢。由于该钢强韧性高、淬透性和耐磨性好，淬火变形小，价格低，用此钢取代Cr12MoV钢或基体钢制造大型、高耐磨、高精度

13、塑料模，不仅降低了成本，而且提高了模具的使用寿命。 1.1.3 预硬型塑料模具用钢所谓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。这类钢的特点是在硬度3040HRC的状态下可以直接进行成形车削、钻孔、铣削、雕刻、精锉等项加工，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。 我国近年研制的预硬化型塑料模具钢，大多数是以中碳钢为基础，加入适量的铬、锰、镍、钼、钒等合金元素制成。为了解决在较高硬度下切削加工难度大的问题，通过向钢中加入硫、钙、铅、硒等元素，以改善切削加工性能，从而制得易切削预硬化钢。有些预硬化钢可以在模具加工成形后进行渗氮处理，在

14、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。下面介绍几种典型预硬化塑料模具钢。 （一）3Cr2Mo（P20）塑料模具钢 3Cr2Mo钢是引进的美国塑料模具钢常用钢号，也是GB129985合金工具钢技术条件中正式纳标的唯一一种塑料模具钢。 1.化学成分及相变点 化学成分见表1.4所示。 表1.4 3Cr2Mo钢的化学成分 （质量分数） （%） 成份CMnSiCrMoP.S质量分数0.280.400.601.000.200.801.402.000.300.550.030相变点为c1770、Ac3825、Ar1640、Ar3760、s300、f120。 2.工艺性能 （1）锻造：加热

15、温度11001150，始锻温度10501100，终锻温度850，锻后空冷。 （2）退火：加热温度850，保温24h，等温温度720，保温46h，炉冷至500，出炉空冷。 （3）淬火及回火：淬火加热温度860870，油淬，540580回火。预硬态硬度为3035HRC。 （4）化学热处理：P20钢具有较好的淬透性及一定的韧性，可以进行渗碳，渗碳淬火后表面硬度可达65HRC，具有较高的热硬度及耐磨性。 3.力学性能 850淬火，550回火的P20钢室温力学性能见表3-6所示。 表1.5 P20钢室温力学性硬度HRC骲/Mpa_0.2/MPa_5(%)_(%)醟/(J/cm2)301250114014

16、5811.54.实际应用 P20钢适宜制造电视机、大型收录机的外壳及洗衣机面板盖等大型塑料模具，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13级。 如制造的“飞跃”牌14吋黑白电视机外壳塑料模具，已成型24万模次，模具仍完好无 损。还制造过18吋彩色电视机外壳塑料模具，大型收录机模具，电唱机盘罩模具，以及洗 衣机面板盖模具等。 （二）3Cr2NiMo（P4410）塑料模具钢 1.化学成分及相变点 3Cr2NiMo钢是3Cr2Mo钢的改进型，是在3Cr2Mo钢中添加了质量分数为0.8%1.2%的镍，其化学成分见表3-7所示。国内试制的P4410钢实际成分，与

17、瑞典生产的P20钢改进型718钢一致。 表1.6 P4410的化学成分（质量分数） （%） 成份CMnSiCrNiMoPS质量分数0.280.400.601.000.200.801.402.000.801.200.300.550.0200.015相变点Ac1725、Ac3810、Ms280。 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。经此工艺生产出的钢材达到较高的洁净度，组织细密，镜面抛光性能好，表面粗糙度可达Ra0.050.025靘。 3.性能特点 经860淬火，650回火后，室温及高温力学性能见表3-8所示。 表1.7 P4410钢的力学

18、性能 试验温度/骲/MPa髎/MPa_(%)_(%)醟/(J/cm2)HRC室温1120102016619635200100688213.65640088281114.067P4410钢在硬度值为3236HRC范围内，具有良好的车、铣、磨等加工性能。 P4410钢也可采用火焰局部加热淬火，加热温度800825，在空气中或用压缩空气冷却，局部表面硬度可达5662HRC，可延长模具使用寿命。也可对模具进行表面镀铬，表面硬度可由370420HV提高到1000HV，显著提高模具的耐磨性和耐蚀性。 P4410钢制造的模具，局部损坏后也可用补焊法修补，焊接质量良好，可以进行加工。 4.应用 P4410钢在

19、预硬态（3036HRC）使用，防止了热处理变形，适于制造大型、复杂、精密塑料模具。该钢也可采用渗氮、渗硼等化学热处理，处理后可获得更高表面硬度，适于制作高精密的塑料模具。 （三）8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）钢 8Cr2MnWMoVS属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，其成分设计采用了高碳多元少量合金化原则，以硫作为易切削元素。8Cr2S钢的化学成分及性能在第一章第二节已经介绍过，这里就使用方面再进一步介绍。 1.钢的特点 （1）热处理工艺简便，淬透性好：空冷淬硬直径_100mm以上，空淬硬度为61.562HRC，热处理变形小。当86090

20、0淬火，160300回火时，轴向总变形率0.09%，径向总变形率0.15%。 （2）切削性能好：退火硬度为207239HBS，切削加工时，可比一般工具钢缩短加工工时1/3以上。硬态4045HRC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。 （3）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12级，最低表面粗糙度为Ra 0.1靘。 （4）表面处理性能好：渗氮性能良好，一般渗氮层深达0.20.3mm，渗硼附着力强。 2.应用 8Cr2S作为预硬钢适宜于制

21、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12个数量级，表面粗造度低12级，使用寿命普遍高23倍，有的高十几倍。 （四）5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）钢 5NiSCa属易切削高韧性塑料模具钢，在预硬态（3545HRC）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Ra 0.20.1靘，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。 1.化学成分及相变点 5NiSCa钢采

22、用中碳加镍，其主要化学成分见表1.8。 表1.8 5NiSCa钢的化学成分（质量分数） （%） 成份CMnSiCrNiMovSCa质量分数0.571.192.260.891.030.520.260.0280.0036加热时相变点695735，冷却时相变点378305，Ms220。 2.工艺性能 （1）锻造：加热温度1100，始锻温度10701100，终锻温度850，锻后砂冷。 （2）球化退火：加热温度770，保温3h，等温温度660，保温7h，炉冷到550出炉空冷。退火硬度241HBS，加工性能良好。 （3）淬火：淬火温度880900，小件取下限，大件取上限，油冷或260硝盐分级淬火。 3.力

23、学性能 5NiSCa钢经880和900淬火后的力学性能，见表1.9所列。 表1.9 5NiSCa钢不同温度淬火及回火后的力学性能淬火/回火/_0.2/Mpa骲/MPa骲c/MPa_(%)_(%)醟/(J/cm2)HRC8805751240.71274.01271.18.842.146.145.56251240.71274.01271.18.842.146.139466501008.41045.71011.49.045.356.836479005751364.21430.81442.67.939.642.1476251252.41291.61355.38.341.74941.5456501061

24、.31084.91110.310.547.066.63745.54.生产应用 5NiSCa钢可用作型腔复杂、型腔质量要求高的注射模、压缩模、橡胶模，印制板冲孔模等效果显著。 （五）Y55CrNiMnMoV（SM1） 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3540HRC。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。 1.化学成分及相变点 Y55CrNiMnMoV钢的化学成分，见表1.10。 表1.10 SM1钢化学成分（质量分数） (%) 成份CMnSiCrNiMovSp质量分数0.500.600.801.200.400.801.201

25、.001.500.200.500.100.300.0800.1500.030相变点 Ac1712、Ac3772、s290。 2.工艺性能 （1）锻造：锻造性能良好，锻造无特殊要求。 （2）软化处理：800加热、保温3，680等温加热5，硬度235HBS。 （3）淬火、回火：800860加热油淬，600650回火。 3.力学性能 经上述处理后，SM1的力学性能见表1.11所示。 表1.11 SM1钢的力学性能 硬度HRC骲/Mpa_0.2/MPa_5(%)_(%)醟/(J/cm2)3511769801545444.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

26、电子、仪表、家电、玩具、日用五金等行业推广应用，效果显著。 1.1.4 时效硬化型塑料模具用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

27、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。 （一）25CrNi3MoAl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，为我国时效硬化型精密塑料模具专用钢种填补了空白。 1.化学成分及相变点 25CrNi3MoAl钢的化学成分见表1.12。 表1.12 25CrNi3MoAl钢的化学成分（质量分数） （%） 成份CMnSiCrNiMoP.SAI质量分数0.20.30.50.80.20.51.

28、21.83.04.00.20.40.031.01.6相变点Ac1740、Ac3780、s290。 2.力学性能 （1）硬度：25CrNi3MoAl钢经不同温度固溶及时效处理后的硬度分别见表1.13及表1.14。 表1.13 25CrNi3MoAl钢经不同温度固溶处理后的硬度 加热温度/（保温30min）8309209601000硬度HRC5048.546.445.6表1.14 25CrNi3MoAl钢时效处理后的硬度 时效温度/500520540硬度HRC35.53839413942（2）室温力学性能：25CrNi3MoAl钢经880固溶，680回火，540时效处理8后的力学性能见表1.15。

29、 表1.15 25CrNi3MoAl钢的室温力学性能 HRC骲/Mpa髎/MPa_(%)_(%)醟/(J/cm2)394212601350117012001316.855594552 醟 值为夏比U形试样冲击韧度值。 3.热处理工艺 （1）用作一般精密塑料模具：淬火加热温度880，空冷或水冷淬火，淬火硬度4850HRC，再经680，46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，保温68，空冷，时效硬度3942HRC。再经研磨、抛光或光刻花纹后装配使用。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880，再经680高

30、温回火，其余工艺同上。但在高温回火后对模具进行粗加工和半精加工，再经650保温1，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：对退火的锻坯直接经粗加工、精加工，进行520540、68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0.05%。 （4）用作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。 4.特

31、点及应用 综上所述，25CrNi3MoAl钢有如下特点： （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Ra 0.20.025靘，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。 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。 (二)

32、18Ni类钢 这类钢属于低碳马氏体时效钢，其成分和力学性能见表1.16。 表1.16 18Ni类钢的化学成分和力学性能 18Ni钢级别化学成分（w，）Ni Co Mo Ti Al热处理工 艺髎/MPa骲/MPa_(%)_(%)硬度HRC140级17.518.5 89 3.03.5±10固溶处理1h空冷14001550135014500.150.250.050.154648170级1719 7.08.5 4.65.2经480±10时效3h17501950170019000.30.50.050.155052210级1819 8.09.5 4.65.2空冷205021002100

33、21500.550.800.050.155355 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。 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

34、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。（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。06钢化学成分见表1.17所示。 表1.17 06Ni6CrMo

35、VTiAl钢的化学成分（质量分数） （%） CNiCrMoTiAlVMnSiP、S0.065.56.51.31.60.91.20.91.30.60.90.080.160.50.60.03相变点Ac1705、Ac3836、Ar1425、Ar3525、Ms512、Mf395。 2.热加工工艺 （1）锻造：加热温度11001150，终锻温度850，锻后空冷。 （2）软化退火：可采用680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，也可以把钢材加热到固溶温度之后油冷或空冷实

36、现。 固溶处理后，采用的冷却方式不同，对固溶及时效硬度影响很大。如820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，保温12，油冷。 （4）时效处理：推荐的时效工艺：时效温度500540，时效时间48，硬度为4245HRC。 3.力学性能 测得的不同温度下06钢的力学性能见表1.18。 表1.18 06钢室温和高温力学性能 试验温度/骲/Mpa_

37、0.2/MPa_(%)_(%)醟/(J/cm2)室温147814229.337.23.410015032001292126211.254.236.83001238119710.553.341.74001153112813.756.551.9由表3-19可见，随着试验温度的增加，虽然钢的强度有所下降，但塑性和韧性都迅速增加。在使用温度状态下，钢的韧性有较大增加。 4.实际应用 马氏体时效钢06Ni6CrMoVTiAl已分别应用在化工、仪表、轻工、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

38、，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。 （四）10Ni3CuAlMoS（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高，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，变形小，淬透性高，

39、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。 1.化学成分及相变点 PMS钢的化学成分见表1.19，碳质量分数限制在0.2%以下，保证钢的热加工性能及热处理后的韧性，Ni、Al的加入是为了保证时效硬化后钢的硬度（40HRC左右）。 表1.19PMS钢的化学成分（质量分数） （%） CSiMnNiCuAlMoP、S0.060.160.351.41.72.83.40.81.20.71.10.20.50.01相变点Ac1675、Ac3821、Ar1382、Ar3517、Ms270。 2.工艺性能 （1）锻造：PMS钢有良好的锻造性能，锻造加热温度11201160，终锻温度850，锻后

40、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内充分溶解，使固溶体均匀化，并达到软化，便于切削加工。经840850加热3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510±10，时效后硬度为4042HRC。 （4）变形率：PMS的变形率很小，收缩量0.05%，总变形率径向为-0.110.041，轴向为-0.021%0.026%，接近马氏体时效钢。 3.力学性能 PMS钢经840850加热保温空冷固溶处理，再经510及530时效处理后的力学性能，见表1.20所示。 表1.20 PMS钢

41、不同温度时效后的力学性能 钢 种时效温度/硬度/HRC骲/MPa髎/MPa_5(%)_(%)醟/(J/cm2)）PMS钢（含S51042.51303.51169.11649.214.7 17.153041.41292.71194.61552.720.6PMS钢（低S）51042.71331.91264.514.747.821.653041.81252.51191.714.655.721.64.实际应用 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体制品外观质量达到国外同类产

42、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，寿命达40万模。 PMS钢是含铝钢，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。 PMS钢还具有良好的焊接性能，对损坏的模具可进行补焊修复。PMS钢还适于高精度型腔的冷挤压成形。 （五）Y20CrNi3AlMnMo（SM2）钢 1.化学成分及相变点 Y20CrNi3AlMnMo（SM2）属时效硬化型塑料模具钢，其化学成分见表1

43、.21。 表1.21 SM2钢化学成分（质量分数） (%) CMnSPCrNiMo AlSi0.170.230.801.200.0800.1500.0300.801.203.003.500.200.501.001.500.40相变点 Ac1710、Ac3795、Ms405。 2.工艺性能 （1）锻造：锻造性能良好，锻造无特殊要求。 （2）软化处理： 870930加热，油冷，680700高温回火2h，油冷，硬度30HRC。 （3）热处理工艺：870930加热，油淬，680700油冷，500560时效。 3.力学性能 经上述处理后，SM2的力学性能见表1.22所示。 表1.22 SM2钢的力学性能

44、 骲/MPa_0.2/Mpa_5(%)_(%)醟/(J/cm2)硬度HRC1176980154554354.实际应用 Y20CrNi3AlMnMo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。 1.1.5 耐蚀塑料模具钢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时效处理后，可获得较好的综合力学性能。 （一）PCR钢的化学成分及相变点 PCR钢的化学成分见表1.23。表1.23 PCR钢的化学成分（质量分数） （%） CMnSiCrNiCuNbS、P其它0.071.

45、01.01517352.53.50.20.40.03添加特殊元素相变点： As580，f723、s85、Mf300。 （二）力学性能 见表1.24。 表1.24 PCR钢时效处理后的力学性能 热处理规程骲/Mpa髎/MPa髎c/MPa_5(%)_(%)醟/(J/cm2)HRC950固溶460时效13241211135550421000固溶460时效13341261135550431050固溶460时效135512731442135647431100固溶460时效13911298154541451150固溶460时效1428132414382846C形缺口冲击试样，R=12.7mm。 （三）工艺

46、性能 1.锻造工艺：加热温度11801200，始锻温度11501100，终锻温度1000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，锻造易出现开裂；当铜质量分数wCu3.5%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，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时效，其强度和硬度可以达到最高峰值，但在440时冲击韧度最低，因此，推荐时效处理温度为460，时效后硬度为4244HRC。 4.淬透性及淬火变形：PCR钢淬

47、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%。 （四）实际应用 PCR钢适于制作含有氟、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45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，

48、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。 1.1.6 其它塑料模具材料（一）铜合金 用于塑料模材料的铜合金主要是铍青铜，如ZCuBe2、ZCuBe2.4等。一般采用铸造方法制模，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11001300MPa，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。 （二）铝

49、合金 铝合金的密度小，熔点低，加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。 （三）锌合金 用于制作塑料模具的锌合金大多为Zn-4Al-3Cu共晶型合金，其主要成分见表1.25 表1.25 Zn-4Al-3Cu的化学成分 （质量分数） （%） AlCuMgZn3.94.52.83.50.030.

50、06约92还含有少量Pb、Cd、Sn、Fe等杂质。用此合金通过铸造方法易于制出光洁而复杂的模具型腔，并可降低制模费用和缩短制模周期，锌合金的不足之处是高温强度较差，且合金易于老化，因此锌合金塑料模长期使用后易出现变形甚至开裂，这类锌合金适合制造注射模和吹塑模等。 用于塑料模具的锌合金还有铍锌合金和镍钛锌合金。铍锌合金有较高的硬度（150HBS），耐热性好，所制作的注射模的使用寿命可达几万至几十万件。镍钛锌合金由于镍和钛的加入可使强度、硬度提高，从而使模具寿命成倍增长。 第2章 塑料模具零件的热处理工艺选用不同品种钢材作塑料模具，其化学成分和力学性能各不相同，因此制造工艺路线不同；同样，不同类型

51、塑料模具钢采用的热处理工艺也是不同的。本节主要介绍塑料模具的制造工艺路线和热处理工艺的特点。 2.1 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形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，12CrNi4A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

52、具 例如T7AT10A，CrWMn，9SiCr等钢的工艺路线为：下料锻成模坯球化退火机械粗加工去应力退火机械半精加工机械精加工淬火、回火研磨抛光装配。 5.预硬钢制模具 例如5NiSiCa，3Cr2Mo（P20）等钢。对于直接使用棒料加工的，因供货状态已进行了预硬化处理，可直接加工成形后抛光、装配。对于要改锻成坯料后再加工成形的，其工艺路线为：下料改锻球化退火刨或铣六面预硬处理（3442HRC）机械粗加工去应力退火机械精加工抛光装配。 2.2.1 渗碳钢塑料模的热处理特点 1.对于有高硬度、高耐磨性和高韧性要求的塑料模具，要选用渗碳钢来制造，并把渗碳、淬火和低温回火作为最终热处理。 2.对渗碳层的要求，一般渗