塑料模具的材料选用与热处理

4.1塑料模具的工作条件与性能要求4.1.1塑料模具材料的使用性能要求4.1.2塑料模具材料的工艺性能要求 4.2塑料模具材料的选用

4.2.1渗碳型塑料模具用钢 4.2.2淬硬型塑料模具用钢 4.2.3预硬型塑料模具用钢 4.2.4时效硬化型塑料模具钢 4.2.5耐蚀塑料模具钢 4.2.6其它塑料模具材料 4.3塑料模具的热处理及实例

4.3.1塑料模具的制造工艺路线 4.3.2塑料模具的热处理特点4.3.3塑料模的表面处理第4章塑料模具钢及其热处理目录

重点

1.了塑料模具材料的服役条件、失效特点和性能要求

2.合理地选择塑料模具材料及热处理工艺

塑料模具用钢及适应的工作条件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、553Cr2Mo、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4.1塑料模具的工作条件与性能要求塑料模具材料应具有的性能包括使用性能和工艺性能两方面。

4.1.1塑料模具材料的使用性能要求

1.硬度、耐磨性和耐蚀性

2.强度、韧性和疲劳强度:注射压力30~200MPa，闭模压力1.5~2倍

3.耐热性：20~350℃

4.尺寸稳定性4.导热性

4.1.2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35~45HRC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

4.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

4.1塑料模具的工作条件与性能要求表4-1常用塑料的成型条件

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LDPEPVCPPPSABS烘料温度/℃70~8070~9080~10060~7580~85料筒温

度/℃前段170~200170~190200~220170~190180~200中段—165~180180~200—165~180后段140~160160~170160~180140~160150~170模具温度/℃60~7030~6080~9032~6550~80注射压力/MPa60~10080~13070~10060~11060~100说明高压聚乙烯成型条件除了模温宜为35~55℃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4.2塑料模具材料的选用

1.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

2.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4.2塑料模具材料的选用4.2.1几种典型塑料模具材料4.2.1.1渗碳型塑料模具用钢4.2.1.2淬硬型塑料模具用钢4.2.1.3预硬型塑料模具用钢4.2.1.4时效硬化性塑料模具用钢4.2.1.5耐蚀型塑料模具用钢4.2.1.6调质及其他塑料模具材料塑料模具用钢有哪六种？

4.2.1几种典型塑料模具材料表4-2塑料模具用钢分类类别钢

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，25CrNi3MoAlY20CrNi3AlMnMo(SM2)4.2.1几种典型塑料模具材料4.2.1.1渗碳型塑料模具用钢

4.2.1几种典典型塑塑料模模具用用钢4.2.1.1渗碳型型塑料料模具具用钢钢主要用用途：采用冷冷挤压压成型型法制制造塑塑料模模具。。性能要要求：：高的塑塑性和和低的的变形形抗力力化学成成分：：低的或或超低低的碳碳含量量工艺路路线：：冷挤压压成型型→渗渗碳→淬火→回火表面硬硬度：58～～62HRC常用牌牌号：：20，，20Cr，20Mn，，12CrNi3A，20CrNiMo，，DT1，，DT2，，0Cr4NiMoV国外钢钢号：：8416（瑞典典）、、P2、P4(美国)重点介介绍：：0Cr4NiMoV(LJ)钢钢、12CrNi3A钢钢（一））0Cr4NiMoV(LJ)钢1.化学成成分：表3-3LJ钢的化化学成成分（（质量量分数数）（%）C

Mn

Si

Cr

Ni

Mo

V

≤0.08＜0.3

＜0.2

3.6～4.2

0.3～0.70.2～0.60.08～0.15该钢含含碳量量很低低，因因而塑塑性优优异、、变形形抗力力低。。钢中中主加加元素素为铬铬，辅辅加元元素为为镍、、钼、、钒等等，合合金元元素的的主要要作用用是提提高淬淬透性性和渗渗碳能能力，，增加加渗碳碳层的的硬度度和耐耐磨性性以及及心部部的强强韧性性。4.2.1几种典典型塑塑料模模具用用钢4.2.1.1渗碳型型塑料料模具具用钢钢2.工艺性性能：LJ钢具有有良好好的锻锻造性性能和和热处处理工工艺性性。锻造：：加热热1230℃℃，始锻锻：1200℃℃，终锻锻：900℃。退火：：加热热880℃×2ｈ，炉炉冷至至650℃出炉空空冷硬度100～105HBS，可顺顺利进进行冷冷挤压压成形形。渗碳：：930℃××(6～8)ｈ,LJ钢渗碳碳速度度快，，渗层层比20钢深一一倍。。淬火：：850～870℃油淬回火：：200～220℃××2ｈ表面58～60HRC，心部部27～29HRC，变形形微小小。3.实际应应用：用冷挤挤压法法成形形制造造塑料料模具具LJ钢冷成成形性性与工工业纯纯铁相相近，，模具具型腔腔轮廓廓清晰晰、光光洁、、精度度高。。LJ钢主要要用来来替代代10、20钢及工工业纯纯铁等等冷挤挤压成成形的的精密密塑料料模。。由于于渗碳碳淬硬硬层较较深，，基体体硬度度高，，不会会出现现型腔腔表面面塌陷陷和内内壁咬咬伤现现象，，使用用效果果良好好。（二））12CrNi3A钢1.化学成成分：中淬淬透性性合金金渗碳碳钢该钢含含碳量量低，，加入入镍、、铬合合金元元素，，以提提高钢钢的淬淬透性性和渗渗碳层层的强强韧性性，尤尤其是是镍，，在产产生固固溶强强化的的同时时，明明显增增加钢钢的塑塑韧性性。与与其它它冷成成形塑塑料模模具钢钢相比比，该该钢的的冷成成形性性属于于中等等。表3-412CrNi3A钢的化化学成成分（质量量分数数）（（%）CSiMnCrNiP、S0.09～0.160.17～0.370.30～0.600.60～0.902.75～3.25≤0.0252.工艺性性能：锻造工工艺：加热热1200℃℃，始锻锻1150℃℃，终锻锻850℃退火工工艺：740～760℃×4～6ｈ,以5～10℃℃／ｈ的的速度度缓冷冷至600℃，再炉炉冷至至室温温硬度＜＜160HBS，适于于冷挤挤压成成形。。正火工工艺：870～900℃×3～4ｈ后空空冷硬度≤≤229HBS，切削削加工工性良良好。。气体渗渗碳：900～920℃℃×6～7ｈ渗碳层：：0.9～1.0ｍｍ淬火工艺艺：渗碳后后预冷至至800～850℃℃直接油淬淬或空冷冷表层硬度度：56～62HRC心部硬度度：250～380HBS，变形微微小。3.实际应用用：冷挤压成成形的形形状复杂杂的浅型型腔塑料料模具大、中型型切削加加工成形形的塑料料模具为了改善善切削加加工性，，模坯须须经正火火处理，，4.2.1.2淬硬型塑塑料模具具用钢1.常用钢钢种碳素工具具钢：T7A、、T8A高碳低合金冷冷作模具具钢：9SiCr、9Mn2V、CrWMn、GCr15、7CrSiMnMoV高耐磨冷冷作模具具钢：Cr12、Cr12MoV高速钢：W6Mo5Cr4V2基体钢和和某些热热作模具具钢：65Nb等2.热热处理淬火+低温回火火（少数采用用中温回回火或高高温回火火）硬度：45～50HRC4.2.1几种典型型塑料模模具材料料3.实际际应用碳素工具具钢：尺寸较小小、受力较较小、形形状简单单、精度度要求不不高的塑塑料模具具;低合金冷冷作模具具钢：尺寸较大大、形状状较复杂杂、精度较较高的塑塑料模具具;Cr12型钢钢：高耐磨性性的大型型、复杂杂和精密密的塑料料模具;基体钢和和热作模模具钢：：较高强韧韧性和一一定耐磨磨性的塑塑料模具具。GD钢：新的淬硬硬型塑料料模具钢钢。该钢钢强韧性性高、淬淬透性和和耐磨性性好，淬淬火变形形小，价价格低。。取代Cr12MoV钢或基体体钢制造造大型、、高耐磨磨、高精精度塑料料模具，不仅降降低了成成本，而而且提高高了模具具的使用用寿命。。4.2.1几种典型型塑料模模具材料料4.2.1.3预硬型塑塑料模具具用钢预硬钢：就是供应应时已预先进进行了热热处理，并使之之达到模模具使用用态硬度度的钢。。特点：在硬度30～40HRC的状态下下可以直直接进行行成型车车削、钻钻孔、铣铣削、雕雕刻、精精锉等加加工，精精加工后后可直接接交付使使用，这这就完全全避免了了热处理理变形的的影响，，从而保保证了模模具的制制造精度度。典型钢种：3Cr2Mo（P20））钢3Cr2NiMo（P4410）钢8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）钢5CrNiMnMoVSCa（（5NiSCa）钢Y55CrNiMnMoV（（SM1）钢1.3Cr2Mo（（P20）钢3Cr2Mo钢是引进进的美国国塑料模模具钢常常用钢号号。（1）化学成分分及相变变点表3-53Cr2Mo钢的化学学成分（（质量量分数））（%）CSiMnCrMoP、S0.28～0.400.20～0.800.60～1.001.40～2.000.30～0.55≤0.030相变点：Ａc1=770℃℃，Ac3=825℃℃，Ar1=640℃℃，Ar3=760℃℃，Ｍs=300℃℃，Ｍf=120℃℃。（2）工艺性能能˙锻造：加加热1100～～1150℃，，始锻1050～1100℃℃，终锻≥850℃℃，锻后后空冷。。˙退火：850℃℃×2～4h+720℃℃×4～6h，500℃℃出炉空空冷。˙淬火及回回火：860～～870℃油淬淬，540～～580℃回火火。预硬态硬硬度为30～35HRC。˙化学热处处理：渗渗碳淬火火后表面面硬度可可达65HRC具有较高高的热硬硬度及耐耐磨性。。1.3Cr2Mo（（P20）钢（3）力学性能能表3-6P20钢室温力力学性能能(850℃℃淬火，，550℃回火火)硬度HRCσb/Mpaσ0.2/MPaδ5(%)ψ(%)αk/(J/cm2)3012501140145811.5（4）实际应用用制造大型型塑料模模具：电视机的的外壳模具、洗衣机面面板盖模具其切削加加工性能能及抛光光性能均均显著优优于45钢，在在相同抛抛光条件件下，表表面粗糙糙度比45钢低低1～3级。制造电视视机外壳壳塑料模模具，成成型24万模次次，模具具仍完好好无损。。1.3Cr2Mo（（P20）钢2.3Cr2NiMo（P4410）钢钢（1）化学成分分及相变变点3Cr2NiMo钢是是3Cr2Mo钢的改改进型。国内试制制的P4410钢(瑞典生产产的718钢)表3-7P4410的化学成成分（质质量分数数）（%）CMnSiCrMoNiPS0.28～0.400.60～1.000.20～0.801.40～2.000.30～0.550.80～1.20≤0.020≤0.015相变点:Ac1=725℃℃,Ac3=810℃℃,Ms=280℃℃。(2)生产工艺艺碱性平炉炉粗炼→→真空脱脱气、钢钢包喷粉粉精炼→→水压机机锻造→→粗加工工→超声声波探伤伤→调质质热处理理→检验验出厂。。钢材洁净净度较高高，组织织细密，，镜面抛抛光性能能好，表表面粗糙糙度可达达Ra0.05～0.025μm。。(3)性能特点点表3-8P4410钢的力学学性能(860℃淬火，650℃回火)试验温度/℃σb/MPaσs/MPaδ(%)ψ(%)αk/(J/cm2)HRC室温1120102016619635200100688213.656——40088281114.067——2.3Cr2NiMo（P4410或瑞典718））钢(3)性能特点点2.3Cr2NiMo（P4410）钢钢预硬态硬度值为为32～～36HRC。不需退火火，可直直接进行行车、铣、、磨等加加工。不需淬火火回火，，可直接接使用，，没有热热处理变变形。(4)应用适于制造造：大型、复复杂、精精密塑料料模具。。进一步提提高模具具寿命的的方法：：化学热处处理：渗氮、渗渗硼火焰局部部加热淬淬火：800～～825℃，空空冷或压压缩空气气冷却，，56～～62HRC表面镀铬铬：表面硬度度可由370～～420HV提提高到1000HV，，显著提提高模具具的耐磨磨性和耐耐蚀性。。补焊：修补，焊焊接质量量良好，，可以进进行加工工。3.8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）钢由华中科科技大学学、首钢钢等单位位研制的的易切削精精密塑料料成形模模具钢，，是为适适应精密密塑料模模和薄板板无间隙隙精密冲冲裁模之之急需而而设计的的。表4-98Cr2S钢的的化学成成分CSiMnCrMoWVS0.75~0.85≤0.401.30~1.702.30~2.600.50~0.800.70~1.100.10~0.250.08~0.15（1）钢的特点点淬透性好好,热处处理理变变形形小小：：空冷冷淬淬硬硬直直径径φ100mm以以上上，，空空淬淬硬硬度度为为61.5～～62HRC，，当当860～～900℃℃淬淬火火，，160～～300℃℃回回火火时时，，轴轴向向总总变变形形率率＜＜0.09%，，径径向向总总变变形形率率＜＜0.15%。。切削削性性能能好好：：退火火硬硬度度为为207～～239HBS，，切切削削加加工工时时，，可可比比一一般般工工具具钢钢缩缩短短加加工工工工时时1/3以以上上。。硬硬态态40～～45HRC时时，，用用高高速速钢钢或或硬硬质质合合金金刀刀具具进进行行车车、、铣铣、、刨刨、、镗镗、、钻钻等等加加工工，，相相当当于于碳碳钢钢调调质质态态，，硬硬度度为为30HRC左左右右的的切切削削性性能能，，远远优优于于Cr12MoV钢钢退退火火态态硬硬度度为为240HBS时时的的切切削削性性能能。。镜面面研研磨磨抛抛光光性性好好：：采用用相相同同的的研研磨磨加加工工，，其其表表面面粗粗糙糙度度比比一一般般合合金金工工具具钢钢低低1～～2级级，，最最低低表表面面粗粗糙糙度度为为Ra0.1μm。。表面面处处理理性性能能好好：：渗氮氮性性良良好好，，渗渗氮氮层层达达0.2～～0.3mm，，渗渗硼硼附附着着力力强强。。（2）应用用8Cr2S作作为为预预硬硬钢钢适适宜宜于于制作作各各种种类类型型的的塑塑料料模模、、胶胶木木模模、、陶陶土土瓷瓷料料模模以及及印印制制板板的的冲冲孔孔模模。。该该钢钢种种制制作作的的模模具具配合合精精密密度度较较其其它它合合金金工工具具钢钢高高1～～2个个数数量量级级，表表面面粗粗造造度度低低1～～2级级，，使使用用寿寿命命普普遍遍高高2～～3倍倍，，有有的的高高十十几几倍倍。。3.8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）钢钢4.5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）钢钢易切切削削高高韧韧性性塑塑料料模模具具钢钢在预预硬硬态态（（35～～45HRC））韧韧性性和和切切削削加加工工性性良良好好；；镜镜面面抛抛光光性性能能好好，，表表面面粗粗糙糙度度低低，，可可达达Ra0.2～～0.1μm，，使使用用过过程程中中表表面面粗粗糙糙度度保保持持能能力力强强；；花花纹纹蚀蚀刻刻性性能能好好，，清清晰晰，，逼逼真真；；淬淬透透性性好好，，可可作作型型腔腔复复杂杂、、质质量量要要求求高高的的塑塑料料模模。。该该钢钢在在高高硬硬度度下下（（50HRC以以上上）），，热热处处理理变变形形小小，，韧韧性性好好，，并并具具有有较较好好的的阻阻止止裂裂纹纹扩扩展展的的能能力力。。表3-95NiSCa钢的化学成成分（质量量分数）（（%）CCrNiMnMoVSCa0.570.891.031.190.520.260.0280.0036加热时相变变点695～735℃，冷却时相相变点378～305℃，Ms220℃。4.5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）钢易切削高韧韧性塑料模模具钢（1）化学成分及及相变点4.5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）钢易切削高韧韧性塑料模模具钢（2）工艺性能能①锻造：加加热1100℃，始始锻1070～1100℃，，终锻850℃，锻锻后砂冷。。②球化退火火：770℃×3h+660℃××7h，炉炉冷到550℃出炉炉空冷。退退火硬度≤≤241HBS，加加工性能良良好。③淬火：880～900℃，，小件取下下限，大件件取上限，，油冷或260℃硝硝盐分级淬淬火。（3）力学性能采用了S-Ca复合易切削削系和喷射射冶金技术术，硫化物物的分布比比较均匀,有高的淬透透性和镜面面抛光性，，模具硬度为为35~45HRC时，可顺利利进行各种种加工。5NiSCa钢经880℃和和900℃℃淬火后的的力学性能能，见表3-10所所列。4.5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）钢（3）力学性能表3-105NiSCa钢不同温度度淬火及回回火后的力力学性能淬火/℃回火/℃σ0.2/Mpaσb/MPaσbc/MPaδ(%)ψ(%)Αk/(J/cm2)HRC8805751240.71274.01271.18.842.146.145.56251240.71274.01271.18.842.146.1396501008.41045.71011.49.045.356.8369005751364.21430.81442.67.939.642.1476251252.41291.61355.38.341.74941.56501061.31084.91110.310.547.066.6374.5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）钢（4）生产应用用制造型腔复杂、型型腔质量要要求高的塑料模具注射模压缩模橡胶模印制板冲孔孔模收录机、收收音机外壳壳、后盖、、面板、音音窗；洗衣衣机上盖、、电视机前前框镶块，，后盖等等等注塑模，，各种印刷刷线路板凹凹模，汽车车密封O型圈、油封封等橡胶模模。上述模模具中有的的用5NiSCa已经代替了进口口模具材料料，有的模具具寿命比45钢提高了3～5倍，同时加加快了制模模周期，改改善了塑料料制品外观观质量。曾曾在全国第二届届发明展览览上获发明明四等奖。。表3-11SM1钢化学成分分（质量分分数）(%)CMnSPCrNiMoVSi0.50～0.600.80～1.200.080～0.150＜0.0300.80～1.201.00～1.500.20～0.500.10～0.30＜0.40相变点：Ac1=712℃、Ac3=772℃、Ｍs=290℃。5.Y55CrNiMnMoV（SM1）钢SM1属易易切削调质质型预硬化化塑料模具具钢，预硬硬态交货，，预硬硬度度为35～～40HRC。易切切削效果明明显、性能能稳定、综综合性能明明显优于45钢，还还具有耐蚀蚀性较好和和可渗氮等等优点。（1）化学成分及及相变点5.Y55CrNiMnMoV（SM1）钢（2）工艺性能能①锻造：锻锻造性能良良好，锻造造无特殊要要求。②软化处理：800℃℃×3ｈ+680℃×5ｈ，硬度度≤235HBS。。③淬火、回回火：800～860℃加热热油淬，600～650℃回回火σb/MPaσ0.2/Mpaδ5(%)ψ(%)Αk/(J/cm2)硬度HRC117698015454435表3-12

SM1钢的力力学性能（3）工艺性能能5.Y55CrNiMnMoV（SM1）钢（4）实际应用用Y55CrNiMnMoV钢钢生产工艺艺简便易行行，性能优优越稳定，，使用寿命命长。经电电子、仪表表、家电、、玩具、日日用五金等等行业推广广应用，效效果显著。。成分特点：：碳含量低、、合金度较较高热处理特点点：固溶处理（（温度高））+时效（温度度低）性能特点：：固溶处理后后，硬度低HRC30左右，可机械成型加加工。低温时效处理，析出弥散合合金化合物物，获高硬硬度，这就就有效地保证证了模具最最终尺寸和和形状的精精度。介绍几种时时效硬化型型塑料模具具用钢。25CrNi3MoAl钢18Ni类钢06Ni6CrMoVTiAl（（06Ni）钢10Ni3MnCuAlMoS（（PMS））镜面塑料料模具钢Y20CrNi3AlMnMo（SM2）钢4.2.1几种典型塑塑料模具材材料4.2.1.4时效硬化型型塑料模具具用钢1.25CrNi3MoAl钢25CrNi3MoAl属低镍无钴钴时效硬化化钢，这是是参考了美国P21钢的成分，，并根据我我国冶炼工工业的特点点及使用厂厂对性能的的要求加以以改进而研研制的一种种新型时效效硬化钢，，为我国时时效硬化型型精密塑料料模具专用用钢种填补补了空白。。（低镍无钴钴，价格远远低于马氏氏体时效钢钢-06Ni6CrMoVTiAl和18Ni系列钢）（1）化学成分及相相变点25CrNi3MoAl钢的化学成成分见表3-13。4.2.1几种典型塑料料模具材料4.2.1.4时效硬化型塑塑料模具用钢钢表3-1325CrNi3MoAl钢的化学成分分（质量分数数)（%）CCrNiMoAlSiMnS、P0.2～0.31.2～1.83.0～4.00.2～0.41.0～1.60.2～0.50.5～0.8≤0.03相变点Ac1≈740℃，Ac3≈780℃，Ms≈290℃。（2）力学性能①硬度：25CrNi3MoAl钢经不同温度度固溶及时效效处理后的硬硬度分别见表表3-14及表3-15。25CrNi3MoAl钢（1）化学成分和和相变点表3-1425CrNi3MoAl钢经不同温度度（保温30min））固溶处理后的的硬度加热温度/℃8809209601000硬度HRC4948.546.445.6880℃水冷(马氏体)后49HRC，经过680℃××4~6h高温回火（回火马氏体，，不析出Ni3Al相），软化至22~23HRC后，进行机械械加工。表3-1525CrNi3MoAl钢时效处理（20~24h，析出NiAl相）后的硬度时效温度/℃500520540硬度HRC35.5～3839～4139～42（2）室温力学性性能：25CrNi3MoAl钢经880℃固溶，680℃回火，540℃时效处理8ｈ后的力学性性能见表3-16。表3-1625CrNi3MoAl钢的室温力学学性能HRCσb/Mpaσs/MPaδ(%)ψ(%)αk①/(J/cm2)39～421260～13501170～120013～16.855～5945～52①αk值为夏比U形试样冲击韧韧度值。（3）热处理工艺①一般精密塑料料模具：淬火→高温回火→机加工成形→时效处理→研磨、抛光或或光刻花纹→装配使用淬火：880℃，空空冷或水冷，，48～50HRC高温回火:680℃×4～6ｈ，空空冷或水冷，，22～23HRC经机加工成形形时效处理:520～540℃×6～～8ｈ，空冷冷，39～42HRC研磨、抛光或或光刻花纹后后装配使用。。变形率为-0.039％％。②高精密塑料料模具：淬火→高温回火→机加工成形→去应力退火→时效处理→研磨、抛光或或光刻花纹→装配使用研磨、抛光或或光刻花纹→装配使用淬火：880℃，空空冷或水冷，，48～50HRC高温回火:680℃×4～6ｈ，空空冷或水冷，，22～23HRC经粗加工和半半精加工去应力退火：：650℃×1ｈ，消除残残留内应力，，再精加工。。时效处理:520～540℃×6～～8ｈ，空冷冷，39～42HRC研磨、抛光或或光刻花纹后后装配使用。。变形率为-0.01%～～-0.02%。③冲击韧度要求求不高的塑料料模具：锻坯退火后直接经粗加工工、精加工，，进行520～540℃℃、6～8ｈｈ的时效处理理，再经研磨磨、抛光及装装配使用。经经此处理后，，模具硬度40～43HRC，时效效变形率≤0.05%。。④冷挤型腔工艺艺的塑料模具具：模具锻坯经软软化处理后，，即对模具挤挤压面进行加加工、研磨、、抛光。然后后对冷挤压模模具型腔和模模具外形进行行修整，最后后对模具进行行真空时效处处理或表面渗渗氮处理后再再装配使用（4）特点点及及应应用用综上上所所述述，，25CrNi3MoAl钢钢有有如如下下特特点点：：①钢钢中中含含镍镍量量低低，，价价格格远远低低于于马马氏氏体体时时效效钢钢，，也也低低于于超超低低碳碳中中合合金金时时效效钢钢。。②调调质质硬硬度度为为230～～250HBS，，常常规规切切削削加加工工和和电电加加工工性性能能良良好好。。时时效效硬硬度度为为38～～42HRC，，时时效效处处理理及及渗渗氮氮处处理理温温度度范范围围相相当当，，且且渗渗氮氮性性能能好好，，渗渗氮氮后后表表层层硬硬度度达达1000HV以以上上，，而而心心部部硬硬度度保保持持在在38～～42HRC。。③镜镜面面研研磨磨性性好好，，表表面面粗粗糙糙度度可可在在Ra0.2～～0.025μm，，表表面面光光刻刻浸浸蚀蚀性性好好，，光光刻刻花花纹纹清清晰晰均均匀匀。。④焊焊接接修修补补性性好好，，焊焊缝缝处处可可加加工工，，时时效效后后焊焊缝缝硬硬度度和和基基体体硬硬度度相相近近。。25CrNi3MoAl钢可可用以以制作作普通通及高高精密密塑料料模具具，经经十多多家工工厂试试用，，技术术经济济效益益显著著。2.18Ni类类钢00Ni18Co8Mo3TiAl（140级）00Ni18Co8Mo5TiAl（170级）00Ni18Co9Mo5TiAl（210级)00Ni18Co12Mo4Ti2Al这类钢钢属于于低碳碳马氏氏体时时效钢钢，其其成分分和力力学性性能见见表3-17。表3-1718Ni类钢的的化学学成分分和力力学性性能18Ni钢级化学成分（w，％）热处理工艺σs/MPaσb/MPaδ(%)ψ(%)硬度HRCNiCoMoTiAl140级17.5～18.58～93.0～3.50.15～0.250.05～0.15815℃±10℃固溶处理1h空冷，经480℃±10℃时效3h，空冷1350～14501400～155014～1665～7046～48170级17～197.0～8.54.6～5.20.3～0.50.05～0.151700～19001750～195010～1248～5850～52210级18～198.0～9.54.6～5.20.55～0.800.05～0.152050～21002100～2150126053～55马氏体体时效效钢碳碳质量量分数数极低低（约约0.03%）），目目的是是改善善钢的的韧性性。因因这类类钢的的屈服服强度度有1400MPa，1700MPa，2100MPa三个个级别别，可可分别别简写写为18Ni140级、、18Ni170级级和18Ni210级，，也分分别对对应国国外的的18Ni250级级、18Ni300级和和18Ni350级级。18Ni马马氏体体时效效钢中中起时时效硬硬化作作用的的合金金元素素是钛钛、铝铝、钴钴，钼钼。18Ni中中加入入大量量的镍镍，主主要作作用是是保证证固溶溶体淬淬火后后能获获得单单一的的马氏氏体，，其次次Ni与Mo作作用形形成时时效强强化相相Ni3Mo，，镍的的质量量分数数在10%以上上，还还能提提高马马氏体体时效效钢的的断裂裂韧度度。18Ni类类钢主主要用用在精精密锻锻模及及制造造高精精度、、超镜镜面、、型腔腔复杂杂、大大截面面、大大批量量生产产的塑塑料模模具。。但因因Ni、Co等等贵重重金属属元素素含量量高，，价格格昂贵贵，尚尚难以以广泛泛应用用。3.06Ni6CrMoVTiAl（06Ni）钢06Ni6CrMoVTiAl钢钢属低低镍马马氏体体时效效钢。。该钢钢突出出优点点是热热处理理变形形小，，抛光光性能能好，，固溶溶硬度度低，，切削削加工工性能能好，，具有有良好好的综综合力力学性性能以以及渗渗氮、、焊接接性能能。因因为合合金含含量低低，其其价格格比18Ni型型马氏氏体时时效钢钢低得得多。。(1)化学成成分及及相变变点低碳马马氏体体时效效钢的的硬化化机理理是在在马氏氏体基基体中中析出出金属属间化化合物物而产产生硬硬化，，这首首先要要求低低含碳碳量，，并含含有时时效硬硬化元元素，，以提提高钢钢的时时效硬硬度。。06钢化化学成成分见见表3-18所所示。。表3-1806Ni6CrMoVTiAl钢的化学成成分（质量量分数)（%）CNiCrMoTiAlVMnSiP、S0.065.5～6.51.3～1.60.9～1.20.9～1.30.6～0.90.08～0.16≤0.5≤0.6≤0.03相变点Ac1=705℃、Ac3=836℃、Ar1=425℃、Ar3=525℃、Ms=512℃、Mf=395℃。(2)热加工工艺艺①锻造：加加热1100～1150℃，，终锻≥850℃，，锻后空冷冷。②软化退火火：680℃高温回回火③固溶处理理：固溶处处理可以利利用锻轧后后快速冷却却实现，也也可以把钢钢材加热到到固溶温度度之后油冷冷或空冷实实现。820℃固固溶后，空空冷硬度为为26～28HRC，油冷硬度为为24～25HRC，水冷硬度为为22～23HRC。固溶后冷速速越快，硬硬度越低，，但时效后后硬度值却却更高。06Ni钢的时效硬硬度比18Ni类高高合金马氏氏体时效钢钢固溶硬度度（28～～32HRC）低，，故而切削削加工性能能优于高合合金马氏体体时效钢。。推荐的固溶溶处理工艺艺：固溶温度800～880℃，，保温1～～2ｈ，油油冷。④时效处理理：500～540℃，4～～8ｈ，硬硬度为42～45HRC。（3）力学性能表3-1906钢室温和高高温力学性性能试验温度/℃σb/Mpaσ0.2/MPaδ(%)Ψ(%)Αk/(J/cm2)室温147814229.337.23.4100————15032001292126211.254.236.83001238119710.553.341.74001153112813.756.551.9由表3-19可见，随着着试验温度度的增加，，虽然钢的的强度有所所下降，但但塑性和韧韧性都迅速速增加。在在使用温度度状态下，，钢的韧性性有较大增增加。（4）实际应用马氏体时效效钢06Ni6CrMoVTiAl已已分别应用用在化工、、仪表、轻轻工、电器器、航空航航天和国防防工业部门门，用以制制作磁带盒盒、照像机机、电传打打字机等零零件的塑料料模具，均均收到很好好效果。该钢制作的的录音机磁磁带盒塑料料模具寿命命可达200万次以以上，压制制的产品质质量可与进进口模具压压制的产品品相媲美；；制作收录录机磁带盒盒塑料模具具，其平均均寿命达110万次次以上。4.10Ni3MnCuAlMoS（PMS）镜面塑料模模具钢光学塑料镜片片、透明塑料料制品以及外外观光洁、光光亮、质量高高的各种热塑塑性塑料壳体体件成形模具具，国外通常常选用表面粗粗糙度低、光光亮度高、变变形小、精度度高的镜面塑塑料模具钢制制造。镜面性能优异异的塑模钢，，除要求具有有一定强度、、硬度外，还还要求冷热加加工性能好，，热处理变形形小。特别是是还要求钢的的纯洁度高，，以防在镜面面出现针孔、、桔皮、斑纹纹及锈蚀等缺缺陷。PMS镜面塑塑料模具钢是是一种新型的的析出硬化型型塑料模具钢钢，具有良好好的冷热加工工性能和综合合力学性能，，热处理工艺艺简便，变形形小，淬透性性高，适宜进进行表面强化化处理，在软软化状态下可可进行模具型型腔的挤压成成形。（1）化学成分及相相变点PMS钢的化学成分分见表3-20，碳质量分数数限制在0.2%以下，保证钢钢的热加工性性能及热处理理后的韧性，，Ni、Al的加入是为了了保证时效硬硬化后钢的硬硬度（40HRC左右）表3-20PMS钢的化学成分分（质量分数数）（%）CSiMnNiCuAlMoP、S.0.06～0.16≤0.351.4～1.72.8～3.40.8～1.20.7～1.10.2～0.5≤0.01相变点Ac1675℃、Ac3821℃、Ar1382℃、Ar3517℃、Ms270℃。(2)工艺性能①锻造：PMS钢有良好好的锻造性能能，锻造加热热温度1120～1160℃，终锻锻温度≥850℃，锻后后空冷或砂冷冷。②固溶处理：：固溶处理的的目的是为了了使合金元素素在基体内充充分溶解，使使固溶体均匀匀化，并达到到软化，便于于切削加工。。经840～～850℃加加热3ｈ固溶溶处理，空冷冷后的硬度为为28～30HRC。③时效处理：：钢的最终使使用性能是通通过回火时效效处理而获得得的，钢出现现硬化峰值的的温度约为510℃±10℃，时效效后硬度为40～42HRC。④变形率：PMS的变形形率很小，收收缩量＜0.05%，总总变形率径向向为-0.11％～0.041％，，轴向为-0.021%～0.026%，接近近马氏体时效效钢。(3)力学性能PMS钢经840～850℃加热保温空冷冷固溶处理，，再经510℃及530℃时效处理后的的力学性能，，见表3-21所示。表3-21PMS钢不同温度时时效后的力学学性能钢

种时效温度/℃硬度/HRCσb/MPaσs/MPaδ5(%)ψ(%)αk/(J/cm2)PMS钢（含S）51042.51303.51169.11649.214.7～17.153041.41292.71194.61552.720.6PMS钢（低S）51042.71331.91264.514.747.821.653041.81252.51191.714.655.721.6(4)实际应用PMS镜面塑塑料模具钢适适于制造各种种光学塑料镜镜片，高镜面面、高透明度度的注射模以以及外观质量量要求极高的的光洁、光亮亮的各种家用用电器塑料模模。例如电话机壳壳体模具，生生产出的电话话机塑料壳体体制品外观质质量达到国外外同类产品的的先进水平，，模具使用寿寿命也明显提提高。又如大大型双卡收录录机注射模，，生产出的机机壳外观质量量高，原用45钢制造注注射模，模具具寿命15万万模；而PMS钢制造的的注射模，寿寿命达40万万模。PMS钢是含含铝钢，其渗渗氮性能好，，时效温度与与渗氮温度相相近，因而，，可以在渗氮氮处理的同时时进行时效处处理。渗氮后后模具表面硬硬度、耐磨性性、抗咬合性性均提高，可可用于注射玻玻璃纤维增强强塑料的精密密成形模具。。PMS钢还具具有良好的焊焊接性能，对对损坏的模具具可进行补焊焊修复。PMS钢还适于于高精度型腔腔的冷挤压成成形。5.Y20CrNi3AlMnMo（SM2）钢(1)化学成分及相相变点Y20CrNi3AlMnMo（SM2）属时效硬化化型塑料模具具钢，其化学学成分见表3-22。表3-22SM2钢化学成分（（质量分数））(%)相变点Ac1=710℃、Ac3=795℃、Ms=405℃。CMnSPCrNiMoAlSi0.17~0.230.80~1.200.080~0.150<0.0300.80~1.203.00~3.500.20~0.501.00~1.50<0.40(2)工艺性能①锻造：锻造性性能良好，锻锻造无特殊要要求。②软化处理：870～930℃加热热，油冷，680～700℃高温回回火2h，油油冷，硬度≤≤30HRC。③热处理工艺：：870～930℃加热热，油淬，680～700℃油冷，，500～560℃时效效。(3)力学性能经上述处理后后，SM2的的力学性能见见表3-23所示。表3-23SM2钢的力学性能能σb/MPaσ0.2/Mpaδ5(%)ψ(%)αk/(J/cm2)硬度HRC117698015455435(4)实际应用Y20CrNi3AlMnMo钢生产工艺简简便易行，性性能优越稳定定，使用寿命命长。经电子子、仪表、家家电、玩具、、日用五金等等行业推广应应用，效果显显著。4.2.1.5耐蚀型塑料模模具用钢0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR)钢属于析出硬化化不锈钢，硬硬度为32～35HRC时可进进行切削加工工。该钢再经经460～480℃时效处处理后，可获获得较好的综综合力学性能能。1.PCR钢的化学成分分及相变点PCR钢的化学成分分见表3-24。表3-24PCR钢的化学成分分（质量分数数）（%）CMnSiCrNiCuNbS、P其它≤0.07＜1.0＜1.015～173～52.5～3.50.2～0.4≤0.03添加特殊元素相变点：As=580℃，Ａf=723℃、Ｍs=85℃、Mf=300℃(错，疑为30℃)。2.力学性能表3-25PCR钢时效处理后后的力学性能能热处理规程σb/Mpaσs/MPaσsc/MPaδ5(%)ψ(%)αk①/(J/cm2)HRC950℃固溶460℃时效13241211—135550421000℃固溶460℃时效13341261—135550431050℃固溶460℃时效135512731442135647431100℃固溶460℃时效13911298—154541451150℃固溶460℃时效14281324—14382846①C形缺口冲击试试样，R=12.7mm。3.工艺性能1.锻造工艺艺：加热温度1180～1200℃，，始锻温度1150～1100℃，，终锻温度≥≥1000℃℃空冷或砂冷冷。钢中含有元素素铜，其压力力加工性能与与含铜量有很很大关系。当当铜质量分数数wCu＞4.5%时时，锻造易出出现开裂；当当铜质量分数数wCu≤3.5%时时，其压力加加工性能有很很大改善。锻锻造时应充分分热透，锻打打时要轻锤快快打，变形量量小；然后可可重锤，加大大变形量。2.固溶处理理：固溶温度1050℃，，空冷，硬度度为32～35HRC，，在此硬度下下可以进行切切削加工。3.时效处理理：在420～～480℃时时效，其强度度和硬度可以以达到最高峰峰值，但在440℃时冲冲击韧度最低低，因此，推推荐时效处理理温度为460℃，时效效后硬度为42～44HRC。4.淬透性及及淬火变形：PCR钢淬淬透性好，在在φ100mm断断面上硬度均均匀分布。回回火时效后总总变形率：径径向为-0.04%～-0.05%，轴向为-0.037%～-0.04%。4.实际应用PCR钢适于于制作含有氟、、氯的塑料成成形模具，具有良好的的耐蚀性。具体应用：如如用于氟塑料料或聚氯乙烯烯塑料成形模模、氟塑料微微波板、塑料料门窗、各种种车辆把套、、氟氯塑料挤挤出机螺杆、、料筒以及添添加阻燃剂的的塑料成形模模，可作为17-4PH钢的代用材材料。聚三氟氯乙烯烯阀门盖模具具，原用45钢或镀铬处处理模具，使使用寿命1000～4000件；用用PCR钢，，当使用6000件时仍仍与新模具一一样，未发现现任何锈蚀或或磨损，模具具寿命达10000～12000件件。四氟塑料微波波板，原用45钢或表面面镀铬模具，，使用寿命仅仅2～3次；；改用PCR钢后，模具具使用300次，未发现现任何锈蚀或或磨损，表面面光亮如镜。。4.2.6其其他塑料模模具材料1.铜合金用于塑料模材材料的铜合金金主要是铍青铜，如ZCuBe2、ZCuBe2.4等等。一般采用铸造造方法制模，，不仅成本低低，周期短，，而且还可制制出形状复杂杂的模具。铍青铜可通过过固溶—时效效强化，固溶溶后合金处于于软化状态，，塑性较好，，便于机械加加工。经时效效处理后，合合金的抗拉强强度可达1100～1300MPa，硬度可达达40～42HRC。铍青铜适用于于制造吹塑模模、注射模等等，以及一些些高导热性、、高强度和高高耐腐蚀性的的塑料模。利利用铍青铜铸铸造模具可以以复制木纹和和皮革纹，可可以用样品复复制人像或玩玩具等不规则则的成型面。。2.铝合金铝合金的密度度小，熔点低低，加工性能能和导热性都都优于钢，其其中铸造铝硅硅合金还具有有优良的铸造造性能，因此此在有些场合合可选用铸造造铝合金来制制造塑料模具具，以缩短制制模周期，降降低制模成本本。常用的铸造铝铝合金牌号有有ZL101等，它适于于制造要求高高导热率，形形状复杂和制制造周期短的的塑料模具。。形变铝合金金也是用于塑塑料模制造的的铝合金之一一，由于它的的强度比ZL101高，，可制作要求求强度较高且且有良好导热热性的塑料模模。3.锌合金3.锌合金用于制作塑料料模具的锌合合金大多为Zn-4Al-3Cu共晶型合金，，其主要成分分见表3-26表3-26Zn-4Al-3Cu的化学成分（（质量分数数）（%）AlCuMgZn3.9～4.52.8～3.50.03～0.06约92优点：铸造法易于制制出光洁而复杂的的模具型腔，并可降低制模费用用和缩短制模模周期缺点：高温强度较差差，且合金易易于老化，因因此锌合金塑塑料模长期使使用后易出现现变形甚至开开裂适合制造：注射模和吹塑塑模等。用于塑料模具具的锌合金还还有铍锌合金金和镍钛锌合合金。铍锌合合金有较高的的硬度（150HBS）），耐热性好好，所制作的的注射模的使使用寿命可达达几万至几十十万件。镍钛钛锌合金由于于镍和钛的加加入可使强度度、硬度提高高，从而使模模具寿命成倍倍增长。4.3塑料模具的热热处理及实例例选用不同品种种钢做塑料模模具，其化学学成分和力学学性能各不相相同，因此制造工艺路线线不同；同样，不同同类型塑料模模具钢采用的的热处理工艺也是不同的。。4.3.1塑料模具的制制造工艺路线线1.低碳钢及低低碳合金钢制制模具例如20，20Cr，20CrMnTi钢的工艺路路线为:下料→锻造模模坯→退火→→机械粗加工工→冷挤压成成型→再结晶晶退火→机械械精加工→渗渗碳→淬火、、回火→研磨磨抛光→装配配。2.高合金渗碳碳钢制模具例如12CrNi3A，12CrNi4A钢钢的工艺路线线为:下料→锻造模模坯→正火并并高温回火→→机械粗加工工→高温回火火→精加工→→渗碳→淬火火、回火→研研磨抛光→装装配。3.调质钢制模模具例如45，40Cr钢的工艺艺路线为:下料→锻造模模坯→退火→→机械粗加工工→调质→机机械精加工→→研磨抛光→→装配。4.碳素工具钢钢及合金工具具钢制模具例如T7A～～T10A，，9CrWMn，9SiCr钢的工工艺路线为:下料→锻造模模坯→球化退退火→机械粗粗加工→去应应力退火→机机械半精加工工→机械精加加工→淬火、、回火→研磨磨抛光→装配配。5.预硬钢制模模具例如5NiSiCa，3Cr2Mo（P20）钢。对对于直接使用用棒料加工的的，因其已进进行了预硬化化处理，故可可在加工成型型后直接抛光光、装配。对对于要改锻成成坯料后再加加工成型的，，其工艺路线线为:下料→改锻→→球化退火→→刨或铣六面面→预硬处理理（34～42HRC）→机机械粗加工→→去应力退火火→机械精加加工→研磨抛抛光→装配。4.3.1塑料模具的制制造工艺路线线4.3.2塑料模具的热热处理特点1.渗碳钢塑塑料模具的热热处理（1）适合选用渗渗碳钢的塑料料模具表面高硬度、高耐耐磨性，心部高韧性的塑料料模具采用冷挤压成成型工艺制造造的塑料模具具（2）对渗碳层的要要求一般渗碳层的的厚度：0.8～1.5mm，塑料含硬质填填料时模具渗渗碳层厚度：1.3～1.5mm，软性塑料模具渗碳层厚度：0.8～1.2mm。渗碳层层的含含碳量量为0.7%～～1.0%为佳佳。若采用用碳、、氮共共渗，，则耐耐磨性性、耐耐腐蚀蚀性、、抗氧氧化、、防粘粘性就就更好好。（3）渗碳碳工艺艺渗碳温温度一一般在在900～～920℃℃，保温时时间为为5～～10h，，具体体应根根据对对渗层层厚度度的要要求来来选择择。小型模模具可可取840～860℃中中温碳碳氮共共渗。。采用分分级渗渗碳工工艺：900～920℃快快渗，820～840℃扩散。。在渗碳碳层内内建立立均匀匀合理理的碳碳浓度度梯度度分布布，便便于直直接淬淬火。。（4）渗碳后后的淬淬火工工艺重新加加热淬淬火；；分级渗渗碳后后直接接淬火火（如如合金金渗碳碳钢））；中温碳碳氮共共渗后后直接接淬火火（如如用工工业纯纯铁或或低碳碳钢冷冷挤压压成形形的小小型精精密模模具））；渗碳后后空冷冷淬火火（如如高合合金渗渗碳钢钢制造造的大大、中中型模模具））。2.淬淬硬钢钢塑料料模具具的热热处理理（1）适合合采用用淬硬硬型钢钢的塑塑料模模具：：要求表表面高高硬度度、高高耐磨磨的性性能，，同时时允许许热处处理变变形较较大的的塑料料模具具。（2）淬火火工艺艺要求求：型腔表表面不不氧化化、不不脱碳碳、不不侵蚀蚀。保护气气氛炉炉、盐浴炉炉中加加热，，普通通箱式式电阻阻炉加加热应应在模模腔面面上涂涂保护护剂。控制加加热速速度，，尽量选择比比较缓缓和的的冷却却介质质，以以避免免在淬淬火过过程中中产生生变形形、开开裂而而报废废。（3）回火：淬火后后应及及时回回火回火温温度要要高于于模具具的工工作温温度，，回火火时间间应充充分。