塑料模具材料

塑料模具材料第1頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料5．1塑料模具的工作條件、失效形式與性能要求5．2塑料模具材料的選用

5.2.1滲碳型塑料模具鋼5.2.2調(diào)質(zhì)型塑料模具鋼5.2.3淬硬型塑料模具鋼 5.2.4預(yù)硬型塑料模具鋼 5.2.5時效硬化型塑料模具鋼 5.2.6耐蝕塑料模具鋼 5.2.7其它塑料模具材料 5．3塑料模具鋼的選用及熱處理

第2頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料隨著塑料制品在工業(yè)及日常生活中的應(yīng)用越來越廣泛,塑料模具工業(yè)對模具鋼的需求也越來越大。在塑料成型加工中,模具的質(zhì)量對產(chǎn)品質(zhì)量的保證作用是不言而喻的。

塑料模具目前已向精密化、大型化和多腔化的方向發(fā)展,對塑料模具鋼的性能的要求越來越高,塑模鋼的性能應(yīng)根據(jù)塑料種類、制品用途、生產(chǎn)批量、尺寸精度和表面質(zhì)量的要求而定。第3頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料5.1.1塑料模具的分類與工作條件（1）塑料模具的分類

按照塑料制品的原材料的性能和成型方法，可以把塑料模具分為兩大類：①熱固性塑料模

②熱塑性塑料模：

按照成型方式的不同，可以把塑料模分為：

①注射成型模；②壓縮成型模；③擠壓成型模；④氣動成型模。第4頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料（2）塑料模的工作條件

①熱固性塑料壓縮模：熱固性塑料壓縮模的工作溫度一般為160-250℃,工作時型腔承受的壓力大，一般為160-200MPa,個別要達(dá)到600MPa。工作時型腔面易磨損，并承受一定的沖擊負(fù)荷和腐蝕作用。用這類模具壓制各種膠木粉制作時，在原材料中加入一定量的粉末填充劑，并在熱壓狀態(tài)下成型，所以熱負(fù)荷和機械負(fù)荷都較大，而填充劑致使型腔磨損也較嚴(yán)重。第5頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料

②熱塑性塑料注射模：熱塑性塑料注射模的工作溫度在180℃以下，承受的工作壓力和磨損不像在壓縮模那么嚴(yán)重，有些塑料在加熱以后的熔融狀態(tài)能分解出HCl和HF氣體，對模具型腔面有較大的腐蝕性。塑料在加熱成型時一般不含固體填充料或含固體填充料的很少，所以，注入型腔時對型腔磨損小。如果含有玻璃纖維填料，則大大加劇對流道和型腔的磨損。第6頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料

5.1.2塑料模具的失效形式塑料模具的失效形式主要有磨損，腐蝕，變形和斷裂等。

①磨損：熱固性塑料對模具表面產(chǎn)生嚴(yán)重摩擦，結(jié)果導(dǎo)致模具表面拉毛，粗糙度變大而失去光澤，這會影響塑料制品的外觀質(zhì)量。在此情況下，模具應(yīng)定期卸下拋光，經(jīng)過多次拋光后，型腔尺寸將會超差而失效。特別是塑料中含有云母粉，硅砂，玻璃纖維等固體有機填料時，會明顯加劇型腔的磨損，不僅會使型腔表面粗糙度值增加，也會使模具型腔尺寸變化。第7頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料②腐蝕：塑料模受腐蝕后將會導(dǎo)致模具表面的腐蝕磨損，從而加劇其磨損效應(yīng)。③變形：模具在持續(xù)受熱，受壓條件下工作后，會發(fā)生局部塑性變形而實效，例如：生產(chǎn)中常用的滲碳鋼或碳素工具鋼制膠木模，在菱角處受負(fù)荷最大而產(chǎn)生塑性變形，出現(xiàn)表面起皺，凹陷，麻點甚至棱角塌歪等；或者分型面變形間隙擴大導(dǎo)致飛邊增大而使塑件報廢。如果是小型模具在大噸位壓力機上超載使用，更容易出現(xiàn)這種失效形式。第8頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料④斷裂：塑料模多數(shù)形狀復(fù)雜。存在許多凹角，薄邊等。這些部位易造成應(yīng)力集中，當(dāng)韌性不足時，就會導(dǎo)致開裂。斷裂的主要原因是由于結(jié)構(gòu)，溫差而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，熱應(yīng)力，或因回火不足，在使用溫度下，殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，引起的局部體積膨脹，在模具內(nèi)部產(chǎn)生的組合應(yīng)力所致。第9頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料5.1.3對塑料模具材料的性能要求①較高的耐熱性：②足夠的強度和硬度③良好的耐磨性④良好的耐蝕性⑤良好的切削加工性⑥良好的鏡面拋光率⑦良好的電加工性⑧良好的花紋圖案光蝕性第10頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料5.2.1塑料模具用鋼的分類類別牌號類別牌號滲碳型20，20Cr，20Mn，12CrNiMo，DT1，DT2,0Cr4NiMoV預(yù)硬型3Cr2Mo，5NiSCa，4Cr5MnSiV，Y20CrNi3AlMnMo（SM2），Y55CrNiMnMoV(SM1)，8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）調(diào)質(zhì)型45,50,55,40Cr，40Mn，50Mn，4Cr5MoSiV，38CrMoAlA耐蝕型3Cr13,2Cr13，Cr16Ni4Cu3N1（PCR）1Cr18Ni9,3Cr17Mo，0Cr17Ni4Cu4Nb（17-4PH）淬硬型T，T，T,5CrNiMo，9SiCr,9CrWMn,GCr15,3Cr2W8V,Cr12MoV,45CrNiMoVSi,6CrNiSiMnMoV(CD)實效硬化型18Ni140,18Ni170,1Ni210,10Ni3MnCuAl(PMS),18Ni9Co,06Ni16MoVTiAl,25CrNi3MoAl表1塑料模具用鋼分類第11頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料5.2.2滲碳型塑料模具用鋼

滲碳型塑料模具用鋼主要用于冷擠壓成型的塑料模。

為了便于冷擠壓成型，這類鋼在退火態(tài)需有高的塑性和低的變形抗力，成型復(fù)雜型腔時，退火硬度要低于100HBS，成型淺型腔時，其退火硬度要低于160HBS。

因此，對這類鋼要求有低的或超低的含碳量，同時鋼中加入能提高淬透性而固溶強化鐵素體效果又小的合金元素，如Cr，Ni。為了提高耐磨性，這類鋼在冷加壓成型后一般都進(jìn)行滲碳和淬火處理，表面硬度可達(dá)58~62HRC。第12頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料10鋼，20鋼是最簡單，最便宜的滲碳鋼，經(jīng)滲碳后雖然表面有高強度，高耐磨性，但因為淬透性差，心部強度低，故只適宜于承受載荷較小，要求不高的塑料模具。對于截面大，承受重載荷的用滲碳鋼制造的塑料模具，必須根據(jù)實際使用，采用不同級別的合金滲碳鋼。

常用的滲碳型塑料模具鋼主要有20,20Cr，

12CrNi3A

和12Cr2Ni4A鋼，以及國內(nèi)最新研制的冷成型專用鋼0Cr4NiMoV（LJ），LJ鋼用于冷擠壓塑料模具的專用鋼種。第13頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料

該鋼使用于制造中、小型塑料模具。為了提高模具型腔的耐磨性，模具成型后一般需要進(jìn)行滲碳處理，然后再進(jìn)行淬火和低溫回火，從而保證模具表面具有很高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韌性。對于使用壽命要求不很高的模具，也可以直接進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理鋼號CSiMnCrPS20Cr0.18～0.240.17～0.370.50～0.800.70～1.00≤0.030≤0.030200.17～0.240.17～0.370.35～0.65≤0.25≤0.035≤0.035表220Cr鋼的化學(xué)成分ω/%第14頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料20Cr鋼比相同含碳量的碳素鋼的強度和淬透性都明顯地高，油淬到半馬氏體硬度的淬透性為Φ20～23mm。這種鋼淬火低溫回火后具有良好的綜合力學(xué)性能，低溫沖擊韌性良好，回火脆性不明顯。該鋼滲碳淬火表面強化處理后，模具表面獲得細(xì)針狀的馬氏體，硬度為58~62HRC；心部獲得低碳馬氏體組織，硬度在35~40HRC。滲碳時鋼的晶粒有長大傾向，所以要求二次淬火以提高心部韌性，不宜降溫淬火。第15頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料12CrNi3A鋼屬于合金滲碳鋼，含C量較低，且含Ni較多，有利的提高了該鋼的韌性和淬透性，12CrNi3A比12CrNi2A鋼有更高的淬透性，因此，可以用于制造比12CrNi2A鋼截面稍大的零件，適宜冷擠壓成型。主要用于冷擠壓成型的形狀復(fù)雜的淺型腔塑料模具和大，中型切削加工成型的塑料模具。CSiMnCrNiPS0.10～0.170.17～0.370.30～0.600.60～0.902.75～3.25≤0.025≤0.025表312CrNi3A鋼的化學(xué)成分ω/%第16頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料

該鋼淬火低溫回火或高溫回火后都具有良好的綜合力學(xué)性能，鋼的低溫韌性好，缺口敏感性小，切削加工性能良好，當(dāng)硬度為HB260～320時，相對切削加工性為60%～70%。另外，鋼退火后硬度低、塑性好，因此，既可以采用切削加工方法制造模具，也可以采用冷擠壓成型方法制造模具。

為提高模具型腔的耐磨性，模具成型后需要進(jìn)行滲碳處理，然后再進(jìn)行淬火和低溫回火，從而保證模具表面具有高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韌性，該鋼適宜制造大、中型塑料模具。但該鋼有回火脆性傾向和形成白點的傾向。第17頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料（3）0Cr4NiMoV（LJ）LJ鋼是華中理工大學(xué)與大冶鋼廠合作研制的一種冷擠壓成型塑料模具鋼。此鋼有優(yōu)良的退火軟化能力，經(jīng)常規(guī)退火后，硬度能降至HB100左右，具有很好的冷擠壓成型能力。CMoVMnCrNiSiPS≤0.080.20～0.600.08~0.150.20～0.303.60～4.200.30～0.70≤0.20≤0.030≤0.030表4LJ鋼的化學(xué)成分ω/%第18頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料LJ鋼冷成型性與工業(yè)純鐵相近，用冷擠壓的方式成型的模具型腔輪廓清晰，光潔，精度高。LJ鋼具有良好的鍛造性能和熱處理工藝性。退火硬度為100-105HBS，可順利的進(jìn)行冷擠壓成型，LJ鋼滲碳速度快，滲層深度比20鋼多高一倍。通過固體滲碳工藝，表面硬度達(dá)58~60HRC，心部硬度為27~29HRC，熱處理變形微小。LJ鋼主要用來替代10鋼，20鋼及工業(yè)純鐵等冷擠壓成型的精密塑料模。由于滲碳淬硬層較深，不會出現(xiàn)型腔表面塌陷和內(nèi)壁咬傷的現(xiàn)象，使用效果良好。第19頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料6.2.3預(yù)硬型塑料模具鋼6.2.3預(yù)硬型塑料模具鋼5.2.3預(yù)硬型塑料模具鋼

所謂預(yù)硬型塑料模具鋼就是供應(yīng)時已預(yù)先進(jìn)行了熱處理，并使之達(dá)到模具使用態(tài)硬度，該硬度變化范圍較大，較低硬度為25~35HRC，較高硬度為40~50HRC，在這些硬度條件下把模具加工成型后，不再進(jìn)行熱處理而直接使用，避免由于熱處理而引起的模具變形和開裂，從而保證了模具的制造精度。第20頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料

我國近年研究的預(yù)硬型塑料模具鋼，大多數(shù)是以中碳鋼為基礎(chǔ)，加入適量的Cr，Mn，Ni，Mo，V等合金元素制成。為了解決在較高硬度下切削加工難度大的問題，通過向鋼種加入S，Ca，Pb，Se等元素，以改善切削加工性能，從而制得易切削預(yù)硬鋼，它們可使模具在較高硬度下順利完成車，鉆，銑，鏜，磨等加工過程。有些預(yù)硬鋼可以在模具成型后進(jìn)行滲氮處理，在不降低基體使用硬度的前提下使模具的表面硬度和耐磨性顯著提高。第21頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料

常用的預(yù)硬型的塑料模具鋼可以分為兩類：一類是結(jié)合塑料模具要求單獨開發(fā)的鋼種，如3Cr2Mo(美國)，3Cr2MnNiMo（瑞典）鋼等；另一類是借用合金結(jié)構(gòu)鋼和一些熱作模具鋼的成熟鋼號，如40Cr，42CrMo，3CrMnSiNi2A，5CrNiMo，5CrMnMo，4Cr5MoSiV1,4Cr5MoSiV等。第22頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料3Cr2Mo(P20)系列鋼中的主要鋼種及化學(xué)成分見表5，由表可見，該系列鋼屬于中碳合金鋼。牌號化學(xué)成分W/%CMnSiCrNiMoSP3Cr2Mo(P20)0.340.800.501.70---0.43≤0.03≤0.033Cr2NiMo(P4410)0.360.850.401.851.00.35≤0.02≤0.0154Cr2MnNiMo（718）0.401.50.302.01.10.2≤0.03≤0.03表5部分3Cr2Mo系列鋼的成分第23頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料①3Cr2Mo鋼

該鋼與美國通用型塑料模具鋼P20是同一類型鋼。生產(chǎn)中多采用電爐熔煉，真空除氣和特殊脫氧處理，因此，鋼的純凈度較高。不僅鏡面拋光性比較好，而且力學(xué)性能均勻。該鋼含Cr，Mo量較高，故淬透性好，通常采用調(diào)質(zhì)預(yù)硬處理，預(yù)硬硬度為30~36HRC。為了增加表面耐磨性，可以在成型加工后進(jìn)行表面處理，如鍍Cr，滲碳處理等。該鋼主要用于中，小型或大型復(fù)雜，精密塑料模。第24頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料②3Cr2NiMo(P4410)

該鋼是P20的改進(jìn)型，即在3Cr2Mo鋼的基礎(chǔ)上添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.8%~1.2%的Ni，由于Ni的作用，該鋼具有更高的淬透性，強韌性和抗蝕性。該鋼采用真空脫氣，鋼包噴粉精煉。鋼錠經(jīng)水壓機后進(jìn)行粗加工，再經(jīng)超聲波探傷后進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理。因此，該鋼純凈度高，組織致密，鏡面拋光性好，表面粗糙度Ra值達(dá)0.01~0.005um。該鋼調(diào)質(zhì)預(yù)硬化處理硬度為32~36HRC，具有良好的車，銑，磨等加工性能。第25頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料

可采用局部淬火的方法：采用火焰對局部表面加熱至800~825℃，然后空冷或用壓縮空氣冷卻，使局部表面淬硬至56~62HRC，以增加模具的使用壽命。該鋼的焊接性良好，模具局部損壞可用補焊法修補。PP4410鍍Cr后。鍍層與基體金屬結(jié)合良好，表面硬度可達(dá)1000HV，可顯著提高模具的耐磨性和耐蝕性。

該鋼主要用于優(yōu)質(zhì)預(yù)硬型截面厚度≥250mm的塑料制品，如電視機外殼，洗衣機面板等。第26頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料CCrNiMnMoVSCa0.50～0.600.80～1.200.80～1.200.80～1.200.30～0.600.15～0.300.06～0.150.002～0.0085CrMnNiMoVSCa鋼的化學(xué)成分w/%

該鋼屬于S，Ca復(fù)合系易切削預(yù)硬化模具鋼，其Wc為0.57，合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于4%。該鋼采用噴射冶金技術(shù)，從而消除了硫化物分布不均導(dǎo)致的有害影響，有效地提高了該鋼的韌性，均勻性和等方向性。研究表明，硫化物夾雜不影響鋼的鏡面拋光性，因此該鋼不僅具有良好的切削加工性，而且鏡面拋光性也好，蝕刻花紋圖案清晰逼真，并在使用中又較強的保持模具鏡面的能力。表7

6CrMnNiMoVSCa鋼的化學(xué)成分w/%第27頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料5NiSCa鋼預(yù)硬化處理后的硬度為35~45HRC，在次預(yù)硬狀態(tài)下可順利進(jìn)行各種機械加工，鏡面拋光后表面粗糙度Ra值可達(dá)到0.05~0.025um。拋光后的模具，置于大氣中容易銹蝕氧化，應(yīng)及時鍍Cr或滲氮處理，既保護(hù)型腔表面，又增加表面硬度和耐磨性。5NiSCa鋼可用于制作型腔復(fù)雜，精密的大，中，小型注射模，橡膠模和膠木模。模具質(zhì)量和壽命超過P20系列鋼，接近進(jìn)口模具的先進(jìn)水平，如5NiSCa鋼制的透明窗模具，預(yù)硬硬度為40HRC，表面粗糙度與進(jìn)口P20相同，壽命50萬件，進(jìn)口P20同類模具壽命僅為20萬件。又如：5NiSCa制的磁帶內(nèi)盒模具，預(yù)硬硬度為40~45HRC，平均壽命200萬件，同樣超過進(jìn)口的同類模具。第28頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料（3）8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）鋼CSiMnCrWMoVSP0.75～0.85≤0.401.30～1.702.30～2.600.70～1.100.50～0.800.10～0.250.08～0.15≤0.030表8

8Cr2MnWMoVS鋼的化學(xué)成分w/%

該鋼具有高碳多元合金化的成分特點，加入S獲得易切削的性能。它經(jīng)860~900℃空淬，160~250℃回火處于高硬狀態(tài)，可用作薄板精密件冷沖裁模；它經(jīng)調(diào)質(zhì)硬態(tài)處理，可用于多種塑料模具。由于淬透性好，空冷淬透直徑達(dá)100mm以上，空淬硬度為61.5~62HRC，熱處理變形小，并具有良好的強韌性和高的耐磨性。第29頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料8Cr2S的預(yù)硬處理工藝一般為860~880空淬，550~620℃回火二次，每次2h,的硬度為44~48HRC，經(jīng)此調(diào)質(zhì)預(yù)處理后，可用高速鋼或硬質(zhì)刀具進(jìn)行車，刨，銑，鏜，鉆，攻絲等常規(guī)加工，其切削加工性能與退火T10A鋼（200HBS）相當(dāng)。該鋼經(jīng)電渣重溶，材質(zhì)均勻，組織細(xì)密，純凈度高，其磨削和拋光加工性能良好。采用相同的研磨加工，其表面粗糙度比一般合金工具鋼低。

8Cr2S鋼作為預(yù)硬度鋼適宜于制作各種類型的塑料模，膠木模，陶土磁料模以及印刷線路板沖孔模，使用壽命較一般的合金工具鋼高2~3倍。第30頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料（4）Y55CrNiMnMoV(SM1)及Y20CrNi3AlMnMo（SM2）

這兩種鋼都是加S的易切削塑料模具鋼，均為預(yù)硬態(tài)供應(yīng)，預(yù)硬度為35~40HRC，其中SM2鋼淬回火硬度略低于SM1鋼。

這兩種易切削效果明顯，性能穩(wěn)定，綜合性能明顯優(yōu)于45鋼，使用壽命長，均可用來制造各類塑料模具以及膠木線路板沖孔模，精沖模導(dǎo)向板等，使用效果顯著，部分模具的使用壽命見表9第31頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料模具名稱原用材料壽命現(xiàn)用材料壽命ZL400型透明罩模CrWMn，4510萬次報廢SM250萬次以上未修模量角器，三角尺模3BCrMoAl5萬次報廢SM130萬次以上無破損牙刷模4543萬次報廢SM1290萬次開始修模紗管模CrWMn，4510萬次報廢SM140萬次開始修模JG304C型照相機模455萬次報廢SM225萬次開始修模出口玩具模瑞典進(jìn)口718,8407SM1，SM2滿足出口要求出口保溫瓶模455萬次報廢SM1，SM230萬次線路板沖模CrWMnSM1滿意表9部分模具使用壽命第32頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料5.2.4淬硬性塑料模具鋼

對于負(fù)荷較大的熱固性塑料模和注射模，除了型腔表面應(yīng)有高耐磨性之外，還要求模具基體既有較高的強度，硬度和韌性，以避免或減少模具在使用中產(chǎn)生塌陷，變形和開裂現(xiàn)象。這類模具可選用淬硬型塑料模具用鋼來制造。第33頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料

常用的淬硬型塑料模具鋼有：碳素工具鋼（如T7A，T10A）,低合金冷作模具鋼（如9SiCr，9Mn2V,CrWMn，GCr15,7CrSiMnMoV鋼等），Cr12型鋼（如Cr12MnV鋼），高速鋼（如W6Mo5Cr4V2鋼），基體鋼和某些熱作模具鋼等。這些鋼的最終熱處理一般是淬火加低溫回火（少數(shù)采用中溫回火和高溫回火），熱處理硬度通常在45~50HRC以上。第34頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料

碳素工具鋼僅適用于制作尺寸不大，受力較小，形狀簡單以及防變形要求不高的塑料模，利用其淬透性低的特點來制作要求表面耐磨而心部有一定韌性的凹模是十分適宜的；

低合金冷作模具鋼主要用于制作尺寸較大，形狀較復(fù)雜的精度較高的塑料模；

Cr12MoV鋼適宜制作要求高耐磨的大型，復(fù)雜和精密的塑料模；

W6Mo5Cr4V2鋼適于制作要求強度高和耐磨性好的塑料模；熱作模具鋼適合于制作有較高強韌性和一定耐磨性要求的塑料模。第35頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料

另外，GD鋼也是近年新推廣使用的一種淬硬性塑料模具鋼，由于該鋼強韌性高，淬透性和耐磨性好，淬火變形小，成本低，用此鋼取代Cr12MoV鋼或基體鋼制作大型，高耐磨，高精度塑料模，不僅降低了成本，而且提高了模具的使用壽命。第36頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料5.2.5時效型塑料模具鋼

時效硬化型塑料模具用鋼的共同特點是碳含量低、合金度較高，經(jīng)高溫淬火(固溶處理)后，鋼處于軟化狀態(tài)，組織為單一的過飽和固溶體。

采用此類鋼制造塑料模具時，可在固溶處理后進(jìn)行模具的機械成型加工，然后通過時效處理，使模具獲得使用狀態(tài)的強度和硬度，這就有效地保證了模具最終尺寸和形狀的精度。

時效型塑料模具鋼可分為馬氏體時效鋼和析出硬化型時效鋼，下面分別作說明:第37頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料

時效處理：指合金工件經(jīng)固溶處理，冷塑性變形或鑄造，鍛造后，在較高的溫度放置或室溫保持其性能，形狀，尺寸隨時間而變化的熱處理工藝。若采用將工件加熱到較高溫度，并較短時間進(jìn)行時效處理的時效處理工藝，稱為人工時效處理，若將工件放置在室溫或自然條件下長時間存放而發(fā)生的時效現(xiàn)象，稱為自然時效處理。

時效處理的目的，消除工件的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織和尺寸，改善機械性能等。第38頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料介紹幾種時效硬化型塑料模具用鋼:

25CrNi3MoAl鋼;18Ni類鋼

;06Ni6CrMoVTiAl（06Ni）鋼

;10Ni3MnCuAlMoS（PMS）鏡面塑料模具鋼

;Y20CrNi3AlMnMo（SM2）鋼;第39頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料該鋼相當(dāng)于日本的MASI鋼，屬于低碳馬氏體時效鋼，經(jīng)固溶處理-時效后，具有很高的強度和韌性，又有良好的耐蝕型，而且時效變形小，主要用來制作高精度，超鏡面，型腔復(fù)雜，大截面，大批生產(chǎn)的塑料模具。但這類鋼含Ni量高，價格昂貴，應(yīng)用受到限制。（1）18Ni類鋼第40頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料（2）25CrNi3MoAl該鋼是國內(nèi)研制的一種低Ni時效鋼，適用制作各種塑料模具。用于制作高精密塑料模具時，熱處理工藝與一般精密塑料模具相同，但為了進(jìn)一步減小時效變形，在模具的半加工后，應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力回火，即加熱到650℃保溫1h，以消除粗加工，半精加工中產(chǎn)生的應(yīng)力，然后再進(jìn)行精加工，經(jīng)此處理后，時效變形率為-0.01%~0.02%。第41頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料

該鋼不僅鏡面加工性良好，圖案蝕刻性能優(yōu)良，光刻圖案清晰均勻，而且，滲氮工藝性良好，滲氮后表面可達(dá)1100HV以上的硬度。該鋼還可以用于制造冷擠壓型腔的塑料成型模。冷擠壓成型是在模具毛坯經(jīng)淬火高溫回火軟化處理后進(jìn)行的。冷加壓型腔成型后，應(yīng)進(jìn)行真空時效處理或滲氮處理。第42頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料（3）06Ni6CrMoVTiAl（06Ni）鋼此鋼屬于低Ni馬氏體時效鋼，價格比18Ni類鋼低得多，該鋼突出的優(yōu)點是熱處理變形小，時效處理后的變形率僅為0.02~0.05%，這是高碳鋼和易切削所不及的。固溶處理后硬度為25~28HRC。在此硬度值下，切削加工性能和拋光性能都很好，經(jīng)機械加工成型及鉗工修理和拋光后進(jìn)行時效處理，時效后的硬度為43~48HRC，變形率?0.05%，并且具有良好的綜合力學(xué)性能和一定的耐蝕性能，以及良好的滲N，鍍Cr，焊接工藝性。第43頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料該鋼適用于制造精度比較高又必須淬硬（≥40HRC）的精密塑料模，比用調(diào)質(zhì)鋼和碳素工具鋼可提高壽命2倍以上，例如，制作的磁帶盒模具，其平均壽命可達(dá)110萬次以上。第44頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料（4）10Ni3CuAlMoS（PMS）鋼PMS鋼是一種新型的Ni-Cu-Al系失效硬化型塑料模具鋼，因鏡面加工性能好，也被稱為鏡面塑料模具鋼。此鋼熱處理后獲得貝氏體和馬氏體雙相組織，具有良好的綜合力學(xué)性能，淬透性高，熱處理變形小，切削加工性能良好，可作鏡面拋光，適用于制造有鏡面要求和精細(xì)花紋圖案蝕刻性能要求的透明塑料和其他各種熱塑料的成型模具。滲N處理后還可用于制造添加無機纖維的增強工程塑料制品成型模具。第45頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料

PMS鋼具有良好的鍛造性能，鍛造溫度范圍為850~1150℃。固溶處理溫度為840~900℃，空冷至室溫后硬度為30~35HRC。經(jīng)650℃高溫回火后硬度可降至25HRC左右，此時，鋼材有極好的塑性，可進(jìn)行高精度型腔的擠壓成型。再經(jīng)時效處理后仍能獲得較高的強度和40~43HRC的硬度。PMS鋼中含有合金元素Al，Al有N有極好的化合能力，因此PMS鋼的滲氮能力強，并且失效溫度和滲氮溫度極為接近，在滲氮處理的同時也可以進(jìn)行時效錘煉。滲氮后使模具的表面硬度再次提高，因而增強了其耐磨性和抗黏著性。PMS鋼還具有良好的焊接性，可對損壞的模具進(jìn)行補焊修復(fù).第46頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料（5）Y20CrNi3AlMnMo（SM2）鋼Y20CrNi3AlMnMo（SM2）鋼屬于含S系中合金失效硬化易切削預(yù)硬鋼。它具有良好的綜合力學(xué)性能，加工工藝性和優(yōu)良的鏡面拋光性能，可滲氯。用于高精度模具。Y20CrNi3AlMnMo（SM2）鋼中加入Al，在時效時可以析出硬化相Ni3Al。加入Cr的主要作用是提高鋼的淬透性，因此Y20CrNi3AlMnMo（SM2）鋼比PMS鋼的淬透性稍高，加入S和Mn，可以形成易切削相MnS，因此，SM2鋼的切削性能優(yōu)于PMS。第47頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料Y20CrNi3AlMnMo（SM2）鋼的鍛造工藝與SM1相同，鍛后不必退火。SM2鋼的固溶加熱溫度為870~930℃，硬度為28HRC，具有良好的切削加工性能，加工成型后經(jīng)500~520℃時效處理，硬度為40HRC。對于要求型腔表面光潔，精度較高的模具，可在此硬度下進(jìn)行精加工，拋光表面。SM2鋼具有好的滲氯，氮碳共滲，離子滲氯，氧氮共滲工藝性能。SM2鋼已經(jīng)在紗管模，三角尺模，牙刷模，相機模，玩具模，線路板模等方面得到了廣泛應(yīng)用，完全可以取代進(jìn)口材料。第48頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料在生產(chǎn)聚氯乙烯，聚苯乙烯添加阻燃劑為原料的塑料制品時，模具材料必須具有一定的耐腐蝕性能。常用來制作模具的耐蝕鋼有3CCr13,4Cr13,9Cr18，Cr18MoV，Cr18Mo，Cr14Mo4V，1Cr17Ni2等不銹鋼和馬氏體實效不銹鋼。5.2.6耐腐蝕型塑料模具鋼第49頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料常用于制作塑料模具的高C高Cr型耐蝕鋼有9Cr18，Cr18MoV，Cr14Mo，Cr14Mo4V，PCR，4Cr13，1Cr17Ni2等。

高C高Cr型耐蝕鋼屬于萊氏體鋼，必須通過鍛造使粗大碳化物均勻分布，鋼坯的鍛造加熱溫度為1100~1130℃

始鍛溫度為1050~1080℃，終鍛溫度為850~900℃。鍛后砂冷或灰冷。為降低鍛造后的硬度，改善切削加工性能，并為淬火做好組織準(zhǔn)備，鍛后應(yīng)進(jìn)行球化退火，退火組織為粒狀珠光體和均勻分布的碳化物，退火硬度為179~255HBS。（1）高C高Cr型耐蝕鋼第50頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料4Cr13屬于馬氏體不銹鋼，嚴(yán)格的講，只能耐大氣和水蒸氣腐蝕。在熱處理后能獲得較高的硬度和耐磨性，可用于制造要求一定耐蝕性能的塑料模具。（2）中C高Cr型耐蝕鋼——4Cr134Cr13的淬火溫度一般選擇在1040-1060℃，4Cr13鋼通常在兩種回火狀態(tài)下使用。當(dāng)要求高硬度和高耐蝕性時刻在200-350℃溫度回火；當(dāng)要求強度，塑性和沖擊韌度有最佳配合且耐蝕性又較高時，則采用650-750℃回火。4Cr13的軟化處理，可以來用在750~800℃溫度進(jìn)行高溫回火2-6h，也可采用在875-900℃溫度保溫1-2h，以15-25℃/h的速度冷至于低于600℃出爐空冷。退火硬度為170-200HBS。第51頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料1Cr17Ni2鋼屬于馬氏體型不銹耐酸鋼，對于氧化酸類，鹽類的水溶液由良好的耐蝕性。1Cr17Ni2鋼具有較高的強度和硬度，而且耐蝕性能較4Cr13好，缺點是有脆性傾向，焊接性較差。

(3)低碳鉻鎳型耐蝕鋼—1Cr17Ni21Cr17Ni2的淬火溫度一般為1000℃，與4Cr13不銹鋼一樣，也是在淬火后低溫回火或高溫回火具有較高的耐腐蝕性能。淬火后經(jīng)250~300℃回火，基體組織為回火馬氏體，鋼的強度，硬度較高，耐磨性好，而且具有高的耐蝕性能。高溫回火溫度在600~700℃，鋼的基體組織為回火索氏體，具有較好的強度和韌性配合，而且也具有較好的耐蝕性能。第52頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料6.2.7其他塑料模具材料

1.銅合金

2.鋁合金

3.鋅合金6.2.7其他塑料模具材料

1.銅合金

2.鋁合金

3.鋅合金第53頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料5.3.1模具材料的選用

一般地說，應(yīng)根據(jù)模具生產(chǎn)和使用條件的要求，結(jié)合模具材料的性能和其他因素，來選擇適合要求的模具材料。在塑料制品成型模具中，塑料的種類，生產(chǎn)的批量，塑料的復(fù)雜程度，尺寸精度和表面粗糙度等質(zhì)量要求是決定塑料模具材料的主要因素。第54頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料

由于成型塑料的種類不同和對塑料制品的尺寸，形狀，精度，表面粗糙度等的不同要求，對塑料模具用材料分別提出了耐磨損，耐腐蝕，耐壓，無磁性，微變形和鏡面磨削等不同的要求。塑料模具成型零件用材料大致可分以下幾種類型：5.3.1.1塑料模具成型零件的選用第55頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料（1）成型通用型塑料的模具材料

用于生產(chǎn)聚乙烯，聚丙烯等通用型塑料制品的模具。

①當(dāng)生產(chǎn)批量較小，尺寸精度和表面粗糙度無特殊要求，而且模具截面不大時，可以采用碳素鋼45鋼或低碳鋼10，20鋼制造。

②當(dāng)生產(chǎn)批量較大，模具尺寸較大或形狀復(fù)雜，精度要求高的工件時，則采用淬透性較高的合金模具鋼。

③當(dāng)成型對精度和表面粗糙度要求很高的塑料制品時，往往采用經(jīng)過電渣重熔或真空自耗電極重熔的合金模具鋼。第56頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料（2）成型增強塑料的模具材料

對于生產(chǎn)添加玻璃纖維等無機增強劑的熱塑性塑料注射成型模具和熱固性塑料擠壓成型模具，為了提高模具型腔表面的耐磨性，這類塑料模具通常采用冷作模具鋼制造。（3）成型腐蝕性塑料模具材料

對生產(chǎn)聚氯乙烯，氟塑料或添加阻燃劑的阻燃塑料成型模具，由于在成型的過程中模具接觸腐蝕性介質(zhì)，應(yīng)選用耐蝕性好的塑料模具鋼。第57頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料（4）成型磁性塑料的模具材料

成型磁性塑料的模具，一般多選用無磁模具材料制造，如不銹鋼模具經(jīng)滲氮處理后使用，或采用Mn13型耐磨奧氏體鋼或無磁鋼，如70Mn15Cr4Al3V2WMo。

（5）成型透明塑料制品的模具

對于成型透明塑料制品的模具，一般選用實效硬化鋼制造，如06Ni，18Ni，PMS，PMS，PCR，SM2等，也可選用預(yù)硬鋼SM1，Y82，空冷12鋼等。塑料模具各種成型零件材料的選用見表10第58頁，共71頁，2023年，2月20日，星期六塑料模具材料表10塑料模具鋼的選用工作條件推薦鋼號生產(chǎn)塑料產(chǎn)品批量較小，精度要求不高，尺寸不大的模具45，55鋼或用10，20鋼進(jìn)行滲碳在使用過程中有交替的動載荷，塑料產(chǎn)品生產(chǎn)批量較大，受磨損較嚴(yán)重的塑料模具12CrNi3A，20Cr，20CrMnMo，20Cr2Ni4進(jìn)行滲碳大型，復(fù)雜，生產(chǎn)塑料產(chǎn)品批量較大的塑料注射成型?；驍D壓成型模具3Cr2Mo，4Cr3Mo3SiV，5CrNiMo，5CrMnMo，4Cr5MoSiV，4Cr5MoSiV1熱固性成