模具材料第5章課件

1、模具材料湖南工程學(xué)院：高為國(guó)Mold Materials第五章 塑料模具材料及熱處理 塑料制品的種類日益增多，并日趨精密化、大型化和復(fù)雜化，對(duì)塑料模具材料的性能要求也在不斷提高。因此，了解其服役條件、失效特點(diǎn)和性能要求，合理地選擇塑料模具材料及熱處理工藝，對(duì)保證模具質(zhì)量、提高模具使用壽命和降低生產(chǎn)成本具有重要作用。第一節(jié) 塑料模具材料的主要性能要求 一、塑料模具材料的使用性能要求1.較高的硬度、耐磨性和耐蝕性2.較高的強(qiáng)度、韌性和疲勞強(qiáng)度3.良好的耐熱性4.較好的尺寸穩(wěn)定性5.良好的熱導(dǎo)性二、塑料模具材料的工藝性能要求 1切削加工性和表面拋光性 2塑性加工性3電加工性 4熱處理工藝性 5表面處

2、理工藝性 6表面刻蝕性能和鏡面加工性能 7. 鏡面加工性能 8焊接性 塑料模具材料的熱處理技術(shù)要求特點(diǎn)：（1）適中的硬度和良好的韌性。（2）確保淬火微小變形。（3）模具在熱處理時(shí)，應(yīng)特別注意對(duì)型腔表面的保護(hù)，防止其產(chǎn)生任何缺陷。（4）熱固性塑料模具長(zhǎng)期在受熱受壓條件下工作，熱處理后應(yīng)具有較高的抗塌陷能力。第二節(jié) 塑料模具材料及熱處理 依據(jù)其強(qiáng)化方式或服役特性等因素, 可將塑料模具材料大體分為滲碳型塑料模具鋼、預(yù)硬型塑料模具鋼、整體淬硬型塑料模具鋼、耐蝕型塑料模具鋼、時(shí)效硬化型塑料模具鋼以及其他類型模具材料六大類。一、滲碳型塑料模具鋼及熱處理 滲碳型塑料模具鋼包括碳素滲碳鋼和合金滲碳鋼兩類。滲碳

3、鋼的碳含量一般在0.10.25范圍內(nèi)，退火后硬度較低，具有良好的切削加工性能，也可以采用冷擠壓成形法制造模具。經(jīng)滲碳處理之后，模具型腔表面獲得高硬度和高耐磨的使用性能，同時(shí)也保證了較好的拋光性能。常用牌號(hào)有10、20、20Cr、12CrNi2、12CrNi3、12CrNi4和20Cr2Ni4等。滲碳型塑料模具鋼的熱處理為滲碳、淬火和低溫回火。 二、預(yù)硬型塑料模具鋼及熱處理預(yù)硬型塑料模具鋼分為調(diào)質(zhì)預(yù)硬型塑料模具鋼和易切削預(yù)硬型塑料模具鋼兩類。主要用于制造模具型腔復(fù)雜精密，使用壽命要求長(zhǎng)的大、中型塑料模具。預(yù)先進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，硬度為3040HRC，切削加工成型后直接使用。一般為中碳低合金鋼，碳含量為

4、0.35%0.65%，并含有一定量的Cr、Mn、V等合金元素。熱處理：球化退火 預(yù)硬處理（淬火加高溫回火）。調(diào)質(zhì)預(yù)硬型塑料模具鋼有SM45、SM48、SM50、SM53 、SM55、 4Cr5MoSiV1等。易切削預(yù)硬型塑料模具鋼有5CrNiMnMoSCa （5NiSCa）、8Cr2MnWMoVS （8Cr2S）、40CrMnVBSCa （ P20BSCa）、Y55CrNiMnMoV （SM1） 等。三、整體淬硬型塑料模具鋼及熱處理在模具切削加工完成以后，將其整體進(jìn)行一定的淬火、回火處理，以獲得所需力學(xué)性能的塑料模具鋼，稱為整體淬硬型塑料模具鋼。整體淬硬型塑料模具鋼有較高的硬度，以及較好的耐磨

5、性、拋光性和電加工性能。但它與滲碳鋼和預(yù)硬型塑料模具鋼相比，韌性降低，變形、扭曲和產(chǎn)生裂紋的傾向增大。整體淬硬型塑料模具鋼包括碳素工具鋼，如T7A、T8A、T10A；低合金工具鋼如9SiCr、CrWMn；以及目前應(yīng)用較廣的Cr12Mo、4Cr5MoVSi、Cr12V1等。整體淬硬型塑料模具鋼的最終熱處理一般為淬火加低溫回火，少數(shù)采用中溫回火或高溫回火，熱處理后的硬度通常在4550HRC以上。 四、時(shí)效硬化型塑料模具鋼及熱處理時(shí)效硬化型塑料模具鋼碳含量低、合金元素含量較高、經(jīng)過(guò)固溶處理和時(shí)效處理后使用。 時(shí)效硬化型塑料模具鋼經(jīng)過(guò)時(shí)效處理而獲得高的力學(xué)性能，適合制作強(qiáng)度和韌性、尺寸精度、光潔度和耐

6、蝕性都要求較高的塑料模具，以及透明塑料模具等。常用鋼有低碳低鎳時(shí)效硬化型塑料模具鋼25CrNi3MoAl、低碳馬氏體時(shí)效型塑料模具鋼18Ni、低鎳馬氏體時(shí)效硬化型塑料模具鋼06Ni6CrMoVTiAl（06Ni）、鏡面塑料模具鋼10Ni3MnMoCuAl（PMS）、易切削調(diào)質(zhì)時(shí)效型塑料模具鋼Y20CrNi3AlMnMo（SM2）、時(shí)效硬化型不銹鋼05Cr16Ni14Cu13Nb（PCR）等。 五、耐蝕型塑料模具鋼及熱處理 常用鋼有95Cr18、90Cr18o、85Cr17、102Cr17Mo等高碳高鉻型耐蝕鋼，14Cr17Ni2馬氏體時(shí)效不銹耐酸鋼和05Cr16Ni4Cu3Nb析出硬化不銹鋼等

7、。95Cr18、90Cr18MoV和102Cr17Mo等牌號(hào)是屬于高碳高鉻耐蝕型塑料模具鋼，其預(yù)先熱處理為退火，退火后的硬度為197 255HBW；最終熱處理為1050 1100淬火、 160200 低溫回火。 0Cr16Ni4Cu3Nb（PCR）是一種析出硬化不銹鋼，經(jīng)過(guò)淬火后獲得單一的馬氏組織體，硬度為3235HRC時(shí)可進(jìn)行切削加工，然后再經(jīng)過(guò)460480時(shí)效處理，合金碳化物彌散析出，使其獲得較好的綜合力學(xué)性能。 六、其他塑料模具材料及熱處理 在某些條件下工作的塑料模具，還可以選用鋁合金、鈹青銅、鋅合金和鑄鐵等材料。 1.銅合金：主要是鈹青銅，如ZCuBe2、ZCuBe2.4等。一般采用鑄

8、造方法成型，成本低、周期短，且可以制作出復(fù)雜模具型腔。鈹青銅可以通過(guò)固溶時(shí)效處理實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化，固溶后合金處于軟化狀態(tài)，塑性好便于機(jī)械加工。成型后進(jìn)行時(shí)效處理，合金的抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到11001300MPa，硬度可達(dá)4042HRC，能夠滿足使用性能要求。適于制造吹塑模、注射模，以及一些高導(dǎo)熱、高強(qiáng)度和高耐腐蝕的塑料模具。 2.鋁合金：變形鋁合金和鑄造鋁合金均可用于塑料模具制造。鋁合金的密度小、熔點(diǎn)低，加工性能和導(dǎo)熱性能好，其中鑄造鋁合金還具有優(yōu)良的鑄造成型性能，模具制作周期短，制作成本低。典型的鑄造鋁合金是ZAlSi7Mg，適于制作要求高導(dǎo)熱率，形狀復(fù)雜的塑料模具。變形鋁合金7A09也是一種用于塑料模

9、具制作的鋁合金，可以制作強(qiáng)度要求相對(duì)較高且導(dǎo)熱性良好的塑料模具。3.鋅合金：用于制造塑料模具的鋅合金主要為ZZnAl4Cu3共晶合金，此合金可以制作出光潔而復(fù)雜的模具型腔，并可降低模具制造費(fèi)用和縮短生產(chǎn)周期。鋅合金的不足之處是高溫強(qiáng)度較低，且易老化，因此長(zhǎng)期使用后易出現(xiàn)變形或開列現(xiàn)象，適合制造吹塑模和注射模。 第三節(jié) 塑料模具材料及熱處理工藝實(shí)例 一、塑料模具材料的選用原則 1.依據(jù)塑料模具服役條件和制品質(zhì)量選擇模具材料 （1）對(duì)于模具型腔表面要求高硬、耐磨，而心部要求韌性較好的塑料模具，可選用20、20Cr、 12CrNi3A、12CrNi4A等滲碳型塑料模具鋼來(lái)制造。（2）對(duì)于模具型腔復(fù)雜

10、、精度要求高、壽命要求長(zhǎng)的塑料模具，保證模具必要精度和使用性能應(yīng)選用40Cr、3Cr2Mo、4Cr5MoSiV1、5CrNiMnMoSCa、8Cr2MnWMoVS等預(yù)硬型塑料模具鋼。（3）對(duì)于玻璃纖維做充填劑的熱塑性塑料制品的注射?？蛇x用T8A、T10A、9SiCr、CrWMn、Cr12V1 和Cr12Mo 等整體淬硬型塑料模具鋼，也可選用06Ni6CrMoVTiAl 、18Ni、25CrNi3MoAl等時(shí)效硬化型塑料模具鋼。（4）對(duì)于以聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS加抗燃樹脂等為原料的塑料制品的模具可以選用95Cr18、85Cr17、14Cr17Ni2、 102Cr17Mo、90Cr18MoV和

11、05Cr16Ni4Cu3Nb (PCR) 等耐蝕型塑料模具鋼。（5）對(duì)于要求型腔表面粗糙度低、光亮度高、尺寸和形狀精度高、型腔復(fù)雜，耐蝕要求高以及具有鏡面拋光性和高耐磨性要求的透明制品塑料模具應(yīng)選用10Ni3MnMoCuAl (PMS)、06Ni6CrMoVTiAl (06Ni)、05Cr16Ni4Cu3Nb (PCR)、18Ni等時(shí)效硬化型塑料模具鋼，也可以選用3Cr2Mo (P20)、5CrNiMnMoSCa(5NiSCa)、8Cr2MnWMoVS (8Cr2S) 等預(yù)硬型塑料模具鋼。2.依據(jù)塑料制品的生產(chǎn)批量選擇模具材料 二、塑料模具材料及熱處理工藝實(shí)例1.滲碳型塑料模具鋼（以12CrN

12、i3A 鋼為例）鍛造：加熱溫度為1200 ，始鍛溫度為1150，終鍛溫度850 ，鍛后緩冷。退火：加熱溫度為740 760, 保溫4 6h 爐冷至室溫。最終熱處理：900 920滲碳，滲碳后預(yù)冷至800850 油冷淬火，180200低溫回火。2.預(yù)硬型塑料模具鋼（以5CrNiMnMoSCa鋼為例）鍛造：加熱溫度為1100 1150 ，始鍛溫度為1070 1100 ， 終鍛溫度850 ，鍛后砂冷。球化退火：加熱溫度為760780 , 保溫3h，等溫溫度約為660 ，保溫7h，爐冷至550 左右出爐空冷。淬火及回火：淬火加熱溫度為880 900 ，油冷或260 鹽浴分級(jí)淬火；回火溫度可以選擇570 、625 、650。3.時(shí)效硬化型塑料模具鋼（ 以25CrNi3MoAl 鋼為例）針對(duì)一般精密塑料模而言，加熱至880 空冷或水冷淬火