模具材料与热处理-课题六

(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30~200MPa，闭模压力1.5~2倍

3.耐热性：20~350℃

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、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

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，25CrNi3MoAlY20CrNi3AlMnMo(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：0Cr4NiMoV(LJ)钢、12CrNi3A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

0.3～0.70.2～0.60.08～0.15

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880℃×2ｈ，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)ｈ,LJ钢渗碳速度快，渗层比20钢深一倍。淬火：850～870℃油淬回火：200～220℃×2ｈ

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CSiMnCrNiP、S0.09～0.160.17～0.370.30～0.600.60～0.902.75～3.25≤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：740～760℃×4～6ｈ,以5～10℃／ｈ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℃×

3～4ｈ后空冷,硬度≤229HBS，切削加工性良好。

气体渗碳：900～920℃×

6～7ｈ,渗碳层：0.9～1.0ｍｍ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：3Cr2Mo（P20）钢

3Cr2NiMo（P4410）钢

8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）钢

5CrNiMnMoVSCa（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CSiMnCrMoP、S0.28～0.400.20～0.800.60～1.001.40～2.000.30～0.55≤0.0303Cr2Mo钢的化学成分

（质量分数）（%）

相变点：Ａc1=770℃，Ac3=825℃，Ar1=640℃，Ar3=760℃，Ｍs=300℃，Ｍf=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：850℃×2～4h+720℃×4～6h，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HRCσb/Mpaσ0.2/MPaδ5(%)ψ(%)αk/(J/cm2)3012501140145811.5P20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)CMnSiCrMoNiPS0.28～0.400.60～1.000.20～0.801.40～2.000.30～0.550.80～1.20≤0.020≤0.015P4410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Ra0.05～0.025μm。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/℃σb/MPaσs/MPaδ(%)ψ(%)αk/(J/cm2)HRC室温1120102016619635200100688213.656——40088281114.067——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。CSiMnCrMoWVS0.75~0.85≤0.401.30~1.702.30~2.600.50~0.800.70~1.100.10~0.250.08~0.158Cr2S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φ100mm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Ra0.1μm。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Ra0.2～0.1μm，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CCrNiMnMoVSCa0.570.891.031.190.520.260.0280.00365NiSCa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①锻造：加热1100℃，始锻1070～1100℃，终锻850℃，锻后砂冷。②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。③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35~45HRC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/℃σ0.2/Mpaσb/MPaσbc/MPaδ(%)ψ(%)Αk/(J/cm2)HRC8805751240.71274.01271.18.842.146.145.56251240.71274.01271.18.842.146.1396501008.41045.71011.49.045.356.8369005751364.21430.81442.67.939.642.1476251252.41291.61355.38.341.74941.56501061.31084.91110.310.547.066.637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）

(%)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℃。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

①锻造：锻造性能良好，锻造无特殊要求。

②软化处理：800℃×3ｈ+680℃×

5ｈ，硬度≤235HBS。

③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σb/MPaσ0.2/Mpaδ5(%)ψ(%)Αk/(J/cm2)硬度HRC117698015454435SM1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。

25CrNi3MoAl钢

18Ni类钢

06Ni6CrMoVTiAl（06Ni）钢

10Ni3MnCuAlMoS（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CCrNiMoAlSiMnS、P0.2～0.31.2～1.83.0～4.00.2～0.41.0～1.60.2～0.50.5～0.8≤0.0325CrNi3MoAl钢的化学成分（质量分数)（%）相变点Ac1≈740℃，Ac3≈780℃，Ms≈290℃。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/℃8809209601000硬度HRC4948.546.445.625CrNi3MoAl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℃×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/℃500520540硬度HRC35.5～3839～4139～4225CrNi3MoAl钢时效处理（20~24h，析出NiAl相）后的硬度HRCσb/Mpaσs/MPaδ(%)ψ(%)αk①/(J/cm2)39～421260～13501170～120013～16.855～5945～5225CrNi3MoAl钢的室温力学性能25CrNi3MoAl钢经880℃固溶，680℃回火，540℃时效处理8ｈ后的力学性能如下表①

αk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

①一般精密塑料模具：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℃×4～6ｈ，空冷或水冷，22～23HRC经机加工成形时效处理:520～540℃×6～8ｈ，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②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℃×4～6ｈ，空冷或水冷，22～23HRC经粗加工和半精加工去应力退火：650℃×1ｈ，消除残留内应力，再精加工。时效处理:520～540℃×6～8ｈ，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③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℃、6～8ｈ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%。④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：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③镜面研磨性好，表面粗糙度可在Ra0.2～0.025μm，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。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18～198.0～9.54.6～5.20.55～0.800.05～0.152050～21002100～2150126053～5518Ni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

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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

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≤0.0306Ni6CrMoVTiAl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①锻造：加热1100～1150℃，终锻≥850℃，锻后空冷。②软化退火：680℃高温回火③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1～2ｈ，油冷。④时效处理：500～540℃，4～8ｈ，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/℃σb/Mpaσ0.2/MPaδ(%)Ψ(%)Αk/(J/cm2)室温147814229.337.23.4100————15032001292126211.254.236.83001238119710.553.341.74001153112813.756.551.9

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。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

（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。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

（四）10Ni3MnCuAlMoS（PMS）镜面塑料模具钢应用：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。特点：镜面性能优异，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。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

（四）10Ni3MnCuAlMoS（PMS）镜面塑料模具钢性能：析出硬化型，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，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。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

（四）10Ni3MnCuAlMoS（PMS）镜面塑料模具钢（1）化学成分及相变点

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）CSiMnNiCuAlMoP、S.0.06～0.16≤0.351.4～1.72.8～3.40.8～1.20.7～1.10.2～0.5≤0.01PMS钢的化学成分（质量分数）

（%）

相变点Ac1675℃、Ac3821℃、Ar1382℃、Ar3517℃、Ms270℃。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

（四）10Ni3MnCuAlMoS（PMS）镜面塑料模具钢

(2)工艺性能

①锻造：PMS钢有良好的锻造性能，锻造加热温度1120～1160℃，终锻温度≥850℃，锻后空冷或砂冷。

②固溶处理：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840～850℃加热3ｈ固溶处理，空冷后的硬度为28～30HRC。

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40～42HRC。

④变形率：PMS的变形率很小，收缩量＜0.05%，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。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

（四）10Ni3MnCuAlMoS（PMS）镜面塑料模具钢

(3)力学性能

PMS钢经840～850℃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，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

（四）10Ni3MnCuAlMoS（PMS）镜面塑料模具钢

(4)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。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

（四）10Ni3MnCuAlMoS（PMS）镜面塑料模具钢

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。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

（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<0.40SM2钢化学成分（质量分数）

(%)相变点

Ac1=710℃、Ac3=795℃、Ms=405℃。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

（五）Y20CrNi3AlMnMo（SM2）钢

(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：870～930℃加热，油冷，680～700℃高温回火2h，油冷，硬度≤30HRC。③热处理工艺：870～930℃加热，油淬，680～700℃油冷，500～560℃时效。

(3)力学性能经上述处理后，SM2的力学性能见下表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

（五）Y20CrNi3AlMnMo（SM2）钢

σb/MPaσ0.2/Mpaδ5(%)ψ(%)αk/(J/cm2)硬度HRC117698015455435SM2钢的力学性能

(4)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。任务二选用塑料模具材料

三、几种典型塑料模具材料

5、耐蚀型塑料模具用钢

0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR)钢属于析出硬化不锈钢，硬度为32～35HRC时可进行切削加工。该钢再经460～480℃时效处理后，可获得较好的综合力学性能。任务二选用塑料模具材料（1）PCR钢的化学成分及相变点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PCR钢的化学成分（质量分数）

（%）相变点：

As=580℃，Ａf=723℃、Ｍs=85℃、Mf=30℃

三、几种典型塑料模具材料

5、耐蚀型塑料模具用钢

（2）力学性能热处理规程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—14382846①

C形缺口冲击试样，R=12.7mm。任务二选用塑料模具材料

三、几种典型塑料模具材料

5、耐蚀型塑料模具用钢

（3）工艺性能①锻造工艺：加热温度1180～1200℃，始锻温度1150～1100℃，终锻温度≥1000℃空冷或砂冷。②固溶处理：固溶温度1050℃，空冷，硬度为32～35HRC，在此硬度下可以进行切削加工。③时效处理：在420～480℃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42～44HRC。④淬透性及淬火变形：PCR钢淬透性好，在φ100mm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%。任务二选用塑料模具材料

三、几种典型塑料模具材料

5、耐蚀型塑料模具用钢

（4）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1000～4000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10000～12000件。四氟塑料微波板，原用45钢或表面镀铬模具，使用寿命仅2～3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。任务二选用塑料模具材料

三、几种典型塑料模具材料

6、其他塑料模具材料（1）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。任务二选用塑料模具材料

三、几种典型塑料模具材料

6、其他塑料模具材料铍青铜可通过固溶—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1100～1300MPa，硬度可达40～42HRC。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。任务二选用塑料模具材料

三、几种典型塑料模具材料

6、其他塑料模具材料2.铝合金

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。任务二选用塑料模具材料

三、几种典型塑料模具材料

6、其他塑料模具材料（3）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。AlCuMgZn3.9～4.52.8～3.50.03～0.06约92Zn-4Al-3Cu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

6、其他塑料模具材料优点：铸造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

缺点：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

适合制造：注射模和吹塑模等。任务二选用塑料模具材料

三、几种典型塑料模具材料

6、其他塑料模具材料

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。任务二选用塑料模具材料

选用不同品种钢做塑料模具，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，不同类型塑料模具钢采用的热处理工艺也是不同的。任务三指定塑料模具的热处理工艺

一、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，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。任务三指定塑料模具的热处理工艺

一、塑料模具的制造工艺路线3.调质钢制模具

例如45，40Cr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→研磨抛光→装配。4.碳素工具钢及合金工具钢制模具

例如T7A～T10A，9CrWMn，9SiCr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→机械精加工→淬火、回火→研磨抛光→装配。任务三指定塑料模具的热处理工艺

一、塑料模具的制造工艺路线5.预硬钢制模具

例如5NiSiCa，3Cr2Mo（P20）钢。对于直接使用棒料加工的，因其已进行了预硬化处理，故可在加工成型后直接抛光、装配。对于要改锻成坯料后再加工成型的，其工艺路线为:

下料→改锻→球化退火→刨或铣六面→预硬处理（34～42HRC）→机械粗加工→去应力退火→机械精加工→研磨抛光→装配。

任务三指定塑料模具的热处理工艺

二、塑料模具的热处理特点

1.渗碳钢塑料模具的热处理（1）适合选用渗碳钢的塑料模具表面高硬度、高耐磨性，心部高韧性的塑料模具采用冷挤压成型工艺制造的塑料模具（2）对渗碳层的要求一般渗碳层的厚度：0.8～1.5mm，塑料含硬质填料时模具渗碳层厚度：1.3～1.5mm，软性塑料模具渗碳层厚度：0.8～1.2mm。渗碳层的含碳量为0.7%～1.0%为佳。若采用碳、氮共渗，则耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化、防粘性就更好。

任务三指定塑料模具的热处理工艺

二、塑料模具的热处理特点（3）渗碳工艺渗碳温度一般在900～920℃，保温时间为5～10h，具体应根据对渗层厚度的要求来选择。小型模具可取840～860℃中温碳氮共渗。采用分级渗碳工艺：900～920℃快渗，820～840℃扩散