项目十二-《模具材料与热处理》（第二版）课件.ppt

项目十二 塑料模具材料,任务目录,任务一 塑料模具的分类、工作条件、失效形式及性能要求 任务二 塑料模具材料与热处理 任务三 塑料模具的选材,任务一 塑料模具的分类、工作条件、失效形式及性能要求,学习目标 了解塑料模具的分类及服役条件。 掌握塑料模具的失效形式和塑料模具材料应具有的性能要求。 具有根据塑料模具材料应有的性能要求解决实际问题的能力。 实践项目 参观塑件加工厂，了解塑料模具的工作条件，分析其失效形式，了解塑料木应具有的的性能要求。,相关知识 塑料模具的分类 根据塑料件的原材料性能和成型方法，可把塑料模分为两大类 热固性塑料模 主要用于成型热固性塑料制品，即将粉末状热固性塑料加工成型。包括热固性塑料压缩模、热固性塑料传递模和热固性塑料注射模三种类型。其中压缩模应用最多，注射模应用较少。 热塑性塑料模 主要用于热塑性塑料制品的成型，包括热塑性塑料注射模、热塑性塑料挤出模和热塑性塑料吹塑成型模。其中注射模应用最多。这类模具是将粘流态的塑料加工成型。,塑料模具的服役条件 热固性塑料模具的工作温度 一般在160250，模腔承受的单位压力大，一般为160200MPa，工作中型腔面与流动粉料间发生摩擦，使型腔面易磨损，并承受一定的冲击负荷和腐蚀作用。该类模具压制各种胶木粉制作制件时，在原材料中加入一定量低的粉末填充剂，在热压状态下成型，所以热负荷、机械负荷都较大，而填充剂致使模腔磨损也严重。 热塑性塑料模具的工作温度 一般在150以下，承受的工作压力和摩损较热固性塑料模小，当成型聚氯乙烯、氟塑料及阻燃的ABS塑料制品时，会分解出HCl、SO2、HF等腐蚀性气体，对模具型腔面产生较大的腐蚀。,这类塑料模具在加热成型时一般不含固体填料，所以如型腔时射流润滑，对模腔磨损小。如果含有玻璃纤维填料，则大大加剧对流道和型腔面的磨损。 塑料模具常见的失效形式 磨损、腐蚀失效 主要表现为模具表面拉毛，粗糙度变高而失去光泽。 塑性变形失效 模具在持续受热、受压条件下工作，会产生塑性变形引起模具型腔表面起皱、凹陷、麻点、棱角堆塌等缺陷而造成失效。 断裂失效 塑料模多数形状复杂，存在许多凹槽、薄边等，这些部位易造成应力集中，当韧性不足时，就会导致开裂。,塑料模具材料的性能要求 根据塑料模具的失效形式，模具零部件的材料应具有的性能为 较高的硬度、耐磨性和耐蚀性。 较高的强度、韧性和疲劳强度。 一定热强度和热疲劳强度。 良好的切削加工性。 良好的热处理工艺性和表面处理工艺性。 良好的抛光性和光刻蚀性能。 课外实践项目 寻找废旧的塑料模具，分析其失效的原因。,任务二 塑料模具材料与热处理,学习目标 了解塑料模具钢的分类。 掌握各种塑料模具钢的特性及应用。 了解国内销售的进口塑料模具钢的性能和应用情况简介。 了解塑料模具的选材原则及常选用的材料。 具有辨别各种塑料模具材料的基本性能和用途的能力。,实践项目 查阅塑料模具材料的特性，分析它们的区别及应用。 相关知识 塑料模具钢的分类 塑料模具钢按钢材的特性和使用时的热处理状态进行分类可分成碳素塑料模具钢（也称为非合金塑料模具钢）、预硬化型塑料模具钢、渗碳型塑料模具钢、时效硬化型塑料模具钢、耐腐蚀型塑料模具钢、淬硬型塑料模具钢。塑料模具钢的类别和牌号如表12-2所示。 塑料模具钢的成分、性能和热处理,碳素塑料模具钢的特性和热处理 1、特性 碳素塑料模具钢在钢号前加SM符号以区别于优质碳素结构钢，这类钢与优质碳素结构钢相比，钢中的实际S、P含量低，钢材的纯净度好，且碳含量的波动范围窄，力学性能更稳定，加工性能好。 2、用途 这类钢适宜于制造形状简单的小型塑料模具或精度要求不高、使用寿命不需要很长的塑料模具。常用的碳素塑料模具钢中典型的有SM45、SM50、SM55三种，其化学成分见表12-3。三种钢的含碳量不同，使其性能和应用有所区别，其各自的热处理规范见表12-4表12-6。,预硬化塑料模具钢特性和热处理 1、特性 预硬化型钢就是供应时已预先进行了热处理（淬火、回火），并使之达到模具使用态硬度，该类钢含碳量一般在0.30.5之间，含有一定量的Cr、Ni、Mo、V等元素。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、铣削、钻孔、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。 2、典型钢号的特性及热处理 3Cr2Mo（P20）钢 3Cr2Mo钢是国际上较广泛应用的预硬型塑料模具钢，其综合力学性能好，淬透性高，可以使较大截面的钢材获得均匀的硬度，并具有很好的抛光性能，表面粗糙度低。,3Cr2Mo钢宜于制造尺寸较大、形状复杂、对尺寸精度与表面粗糙度要求较高的塑料模具和低熔点合金压铸模。 3Cr2Mo钢预先热处理可进行等温退火、高温回火。最终热处理淬火回火。 等温退火加热温度为840860,保温2h;等温温度710730，保温4h，炉冷至500以下出炉空冷，硬度229HBS。 高温回火加热温度为720740，保温2h，炉冷至500以下出炉空冷。 淬火淬火加热温度为850880，油冷。 回火回火温度580640，保温后空冷。,3Cr2NiMnMo（718）钢 3Cr2NiMnMo钢，在国内市场上又称3Cr2NiMo钢简称P20Ni，不是我国研制的钢号，而是国内市场上流行的，国际广泛应用的塑料模具钢。其综合力学性能好，淬透性高，可以使较大截面的钢材获得均匀的硬度，并具有很好的抛光性能，表面粗糙度低。 3Cr2NiMnMo钢适宜制造特大型、大型塑料模具。精密塑料模具，也可用于制造低熔点合金压铸模。 3Cr2NiMnMo钢的热处理，预先热处理可进行等温退火、高温回火。最终热处理淬火、回火。,等温退火加热温度为840860,保温2h;等温温度690710，保温4h，炉冷至500以下出炉空冷。 高温回火加热温度为690710，保温2h，炉冷至500以下出炉空冷。 淬火淬火加热温度为830870，油冷或空冷。 回火回火温度550650，保温后空冷。 5CrNiMnMoVSCa钢 5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）钢通过添加S-Ca复合易切削元素，并采用喷射冶金技术，改善了硫化物的形态、分布，因而进一步改善钢的各向异性。,该钢有较高的淬透性、高韧度，预硬态（42HRC）仍具有好的切削加工性，而且具有良好的抛光性和焊补性，有良好的渗氮和渗硼性能。适用于型腔复杂的塑料注射模、压缩模或变形要求极小的大型塑料成型模，也可用来制造透明塑料模。另外，该钢也可以渗氮或镀Cr、Ni进一步提高表面硬度和抗蚀性。 热处理 等温退火加热温度760780，保温2h，等温温度670690，保温68h。炉冷到530出炉空冷，硬度217220HBS。 淬火加热温度860880，保温，油冷。 回火加热温度550650，空冷。,40Cr钢和42CrMo钢 40Cr钢是机械制造业用的较为广泛的钢种，调质处理后具有良好的综合力学性能，良好低温冲击韧度和低的缺口敏感性。钢的淬透性良好，这种钢除调质处理外，还适用于渗氮和高频淬火处理，切削加工性能好，该钢适合制造中等塑料模具。 42CrMo钢属于超高强度钢，具有高强度和韧性，淬透性好，无明显的回火脆性。调质处理后有较高的疲劳极限和抗多次冲击的能力，低温冲击韧性好。该钢适宜制作要求具有一定的强度和韧性的大、中型塑料模具。 其热处理工艺规范见表12-8表12-9,8Cr2MnWMoVS钢 8Cr2MnWMoVS钢是塑料模具和冷作模具兼用的易切削预硬化型新型钢种，其成分设计采用了高碳少量多元合金化原则，以硫作为易切削元素。其特点是钢中含碳量高，主要是为了使淬火后钢的基体中具有一定的碳，并保留一定量细小而弥散的残留碳化物，既可抑制淬火加热时奥氏体晶粒的长大，又同时保证模具具有一定的耐磨性。钢中加入 Cr、W、Mo、V能够提高淬透性，细化奥氏体晶粒，并形成合金化合物，从而提高钢的耐磨性。由于预硬态硬度高（4042HRC），耐磨性好，更适于制造硬质塑料模具，不足之处抗腐蚀性稍差。该钢用于制作塑料制品的模具成形零件、冷冲裁模具的工作零件。,Y55CrNiMnMoVS（SM1）钢 Y55CrNiMnMoVS钢为预硬化型易切削塑料模具钢，其特点是预硬状态下交货，预硬硬度为3540HRC,在此硬度下仍具有较好的切削加工性，模具切削加工后不再进行热处理而直接使用，该钢具有低粗糙度、高的淬透性，较好的耐蚀性能铬可渗氮的优点，用于大型镜面塑料模及模架、精密塑料橡胶模等。 渗碳型的塑料模具钢的特性与热处理 1、特性 渗碳型塑料模具钢的含碳量都在0.10.25范围内，退火后硬度较低，具有良好切削加工性能，切削加工后的模具进行渗碳处理后在进行淬火、低温回火，不仅具有较高的强度，而且新不具有较好的塑性韧性，模具的表面高硬度、高耐磨性，也可保证良好的抛光性能。,2、应用 该类钢主要制作要求耐磨性良好的塑料模具。其中碳钢用于型腔简单、生产批量较小的小型模具；合金钢用于型腔较为复杂、承受载荷较高的大、中型模具。 3、典型钢号及热处理 20Cr钢 20Cr钢比相同含碳量的碳素钢的强度和淬透性都明显提高，油淬到半马氏体硬度的淬透性为2023。这种钢淬火、低温回火后有良好的这力学性能，低温冲击韧性好回火脆性不明显。渗碳时钢的晶粒又长大的倾向，所以要求二次淬火以提高心部的韧性，不宜降温淬火。该钢适用于中、小型塑料模具。20Cr钢的热处理工艺规范如表12-12所示。,12CrNi3A钢 12CrNi3A钢属于合金渗碳钢，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。另外它在退火后硬度低、塑性好，既可以采用切削加工的方法制造模具，也可以采用冷挤压成形的方法制造模具。 12CrNi3A钢的热处理 预先热处理退火工艺670680加热，炉冷，退火后的硬度229HBS。 正火工艺880940加热，空冷。,最终热处理渗碳及淬火、回火工艺加热温度为900920。淬火加热温度为860，油冷；淬火加热温度为760810，油冷。回火温度为160180，表面硬度为5862HRC。 SM1CrNi3钢 SM1CrNi3钢在淬火和低温回火或高温回火后都有良好的综合力学性能，钢的低温韧度好，缺口敏感度小。切削加工性能好。此外钢的碳含量比12CrNi3A钢低，退火后硬度低，抗冷塑性变形能力低，有利于采用冷挤压成形制造模具。 SM1CrNi3钢的热处理 预先热处理退火工艺加热670680，炉冷，退火硬度229HBS。,正火工艺加热温度880940，空冷。 淬火工艺加热温度860，油冷。 回火工艺200600，按需要制定。 最终热处理渗碳工艺加热900920，渗碳时间按渗层厚度要求而定。 渗后淬火加热温度860，油冷；加热温度760810，油冷，硬度60HRC。 0Cr4NiMoVLJ钢 LJ钢冷成形性与工业纯铁相近，该钢冷挤压成型后进行渗碳、淬火、回火，是模具表面获得高硬度和高耐磨性，而心部具有较好塑性和韧性用于制作高精度、高镜面、型腔复杂的塑料模具。,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。 LJ钢的热处理; 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93068，渗后在850870油淬，再进行2002202的低温回火，热处理后表面硬度5860HRC，心部硬度为2729HRC，热处理变形微小。LJ钢渗碳速度快，渗层深度比20钢深一倍。,时效硬化型塑料模具钢的特性和热处理 1、特性 时效硬化钢是指含碳量低、合金度较高的钢，经高温淬火（固溶处理）后，钢处于软化状态，其组织为单一的过饱和固溶体。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。该钢能够避免或减少模具零件热处理变形和提高模具零件的精度保持性，适用于制造形状复杂、高精度、长寿命的塑料模具零件。 2、分类 时效硬化型塑料模具钢有马氏体时效硬化型和析出硬化型两大类。 3、典型钢号及热处理,SM1Ni3Mn2CuAlMo（PMS）钢 SM1Ni3Mn2CuAlMo（PMS）钢属低合金析出硬化钢，一般先电炉冶炼再经电渣重熔后，钢质纯净。该钢热处理后具有综合好的力学性能，淬透性好，热处理工艺简便，热处理变形小，镜面加工性能好，并有好的氮化性能，电加工性能和焊补性以及图案蚀刻性好。锻造空冷后不需退火，即可进行机械加工。适宜于制造高镜面的塑料模具和高外观质量家用电器塑料模具。 SM1Ni3Mn2CuAlMo（PMS）钢预先热处理为退火，加热温度为750770，保温24h,炉冷到600出炉空冷。最终热处理为固溶处理后时效处理，它们的工艺参数由模具的需要的性能决定。,25CrNi3MoAl钢 25CrNi3MoAl钢是时效硬化型塑料模具钢，该钢经过固溶处理后得到板条马氏体组织，硬度可达4850HRC，再在650680范围内回火，由于马氏体中析出碳化物，降低硬度，材料就可以进行切削加工而支持模具最后再进行时效处理，由于钢在时效时发生NiAl的脱溶，而得到强化，从而保证模具的性能。该钢适宜制造复杂、紧密的塑料模具。 25CrNi3MoAl钢的热处理是固溶处理后回火，再进行时效处理。 SM2CrNi3MoAl1S钢,SM2CrNi3MoAl1S钢和25CrNi3MoAl钢的化学成分基本相同，该钢是析出硬化型塑料模具钢。SM2CrNi3MoAl1S钢是我国研制的时效硬化型易切削塑料模具钢，时效时通过析出硬化相Ni3Al而硬化，性能比1Ni3MnCuAlPMS钢和25CrNi3MoAl钢好，供应室硬度3842HRC。该钢还具有一定的耐蚀性和良好的抛光性，可达镜面程度。由于含有较高的Al、Cr、Mo等合金元素，该钢渗氮、氮碳共渗，氧氮化等均能获得良好的效果，由于S、Mn的配比适当，可加工性也优于PMS 。该钢适用于照相机等光学制品以及玩具、文具、线路板等塑料件模具的成形零件。 SM2CrNi3MoAl1S钢的热处理是900固溶，520时效。,06Ni16M