对塑料模具钢的要求及热处理

对塑料模具钢的要求及热处理☆耐腐蚀、硬度高、易切削加工、高镜面性。

钢的热处理：1.予硬化型塑料模具钢的热处理：⑴.我国的3Cr2Mo：相当美国的P20，瑞典（ASSAB）的618，德国的40CrMnMo7，日本（日立）的HPM2。

荐的规范为淬火—840~8800C，油冷，回火—600~6500C，空冷，硬度—28~33HRC。

⑵.美国（AISI、SAE）推荐的P20钢渗碳后的热处理工艺：淬火—820~8700C，回火—150~2600C，空冷，硬度—58~64HRC（渗碳层表面硬度）。

⑶.德国40CrMnNiMo钢（DIN2738，相当于P20＋Ni或SM3Cr2NiMo）的热处理特性：淬透性比SM3Cr2Mo更高，保证钢在较大截面上力学性能均匀，宜做大截面（＞400mm）的塑料模具。

钢的冶金质量、加工性优良。

抛光性和电蚀刻性亦好。

供应硬度：280~325HBS退火工艺：加热温度710~740 0C，炉冷。

硬度≤265HBS。

淬火：奥氏体化温度840~8700C，必须予热，予热温度约6500C。

形状复杂、尺寸厚薄不均者最好二次予热，第一次约4000C予热，保温时间按0.5~1.0min/mm计算。

经予热后的淬火保温时间按0.5min/mm计算。

为使合金元素充分溶入奥氏体，保温时间应足够。

冷却：油冷或180~2200C热浴分级淬火，以热浴为好。

热浴冷却保温时间以模具整个截面温度均匀为度，然后出炉空冷到800C左右立即回火。

2小时，空冷。

渗氮：可提高耐热疲劳强度，降低摩擦系数（抗咬合），延长模具使用寿命。

以离子渗氮或气体渗氮为宜（干净）。

有效渗氮层深度以0.2~0.3mm为宜。

硬度550~800HV，渗氮后不宜研磨，以免渗氮层磨掉。

焊接：焊接时须予热至400~5000C后，进行焊接。

焊接后及时消除应力退火，工艺为600~6500C，充分保温后炉冷。

镀铬：该钢可以镀铬，镀铬后应立即进行去氢退火。

去氢退火工艺：加热温度180~2000C，保温时间2~4小时。

2.易切削予硬化型塑料模具钢的热处理。

⑴.8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）钢，是含硫易切削钢，当热处理到硬度40~42HRC时，其切削加工性良好，综合力学性能亦好，可研磨抛光到Ra0.025μm该钢有良好的光刻浸蚀性能。

退火：800±100C，保温2~4小时，降温到700~7200C等温，保温4~6小时，炉冷，硬度≤229HBS。

淬火：880~9200C，空冷，硬度63HRC。

淬火加热时间，盐浴炉1.5~2.0min/mm；气体介质炉2.0~2.5min/mm。

仍具有良好的加工性，良好的镜面抛光性能，抛光可达Ra0.040μm，补焊性能好。

退火：760~7800C，保温2小时，670~6900C保温6~8小时，炉冷到≤5300C出炉空冷，硬度217~220HBS。

淬火：860~9200C，油冷或空冷（小零件），σb≥2100Mpa，硬度≥58HRC。

经淬火和不同温度回火4.渗碳型塑料模具钢的热处理。

受冲击大的塑料模具零件，要求表面硬而中心韧，通常采用渗碳钢制造。

一般渗碳零件可以采用结构钢类的合金渗碳钢，其热处理工艺与结构零件基本相同。

对于表面质量要求很高的塑料模具成形零件，宜采用专门用钢，如SM3Cr2Mo钢。

塑料模具渗碳零件的一般技术要求：⑴.有效渗碳层深度。

压制含有矿物填料的塑料制品时，层深取1.3~1.5mm；压制软性塑料的零件，取0.8~1.2mm；有锐边尖角的模具零件，取0.2~0.6mm；⑵.渗碳层的碳浓度，比一般结构零件的碳浓度要低，控制在共析成分为佳，取0.7~0.9%；⑶.渗碳层的碳化物，应均匀细小，不允许有网络状或链状及粗大的碳化物；⑷.无晶内氧化、过量的残余奥氏体以及其他组织缺陷。

以冷挤压的方法制造塑料模具零件，应采用低碳渗碳型钢种。

典型的钢种有美国P系列的塑料模具钢（同类型的有德国的X6CrMo5；日本的CH系列钢，CH有日本厂商牌号）。

P1钢是非合金渗碳型塑料模具钢P2~P6是合金钢。

渗碳温度取900~9300C，淬火温度由于合金元素不同而有差异。

P1钢为790~8000C，水或盐水冷；P2钢取830~8450C，油冷；P3钢取800~8300C，油冷；P4钢取970~9950C，空冷；P5钢取845~8700C，空冷；P6钢取790~8150C，油冷；回火温度，P1、P2、P3、P6钢取175~2600C；P4、P5钢取175~4800C。

渗碳淬火回火后的表面硬度均取58~64HRC。

P20钢也宜渗碳，渗碳温度870~9000C，淬火温度815~8700C，油冷；回火温度175~2600C，表面硬度58~64HRC；回火温度取480~5950C，硬度28~37HRC。

5. 时效硬化型塑料模具钢的热处理。

为了减少或避免模具零件热处理变形和提高模具零件的精度保持型，形状复杂、高精度、长寿命的塑料模具零件采用时效硬化钢制造。

模具零件在固溶处理后变软（硬度约28~34HRC），便于切削加工成形，然后再时效硬化，获得所需要的综合力学性能。

时效硬化型塑料模具钢有马氏体时效硬化钢和析出（沉淀）硬化钢两大类。

马氏体时效硬化钢有高的屈强度比，良好的切削加工性和焊接性能，热处理工艺简单等优点。

典型的钢种是18Ni系列。

屈服强度可高达1400~3500Mpa。

这一类钢制造模具虽然价格昂贵。

但由于使用寿命长，综合经济效益仍然很高。

为保证零件表面质量，热处理应采用有可靠保护作用的控制侵犯炉。

一般用氨分解气可以满足要求。

马氏体时效硬化钢也可用作热作模具的工作零件，建议采用下列工艺：8200C固溶处理，3500C时效3~6小时。

时效处理后的变形情况，尺寸变化是有规律的，在工艺设计时可予留神变形量来适当控制。

如18Ni （200）钢，长度方向收缩约0.04%；18Ni（250）钢收缩约为0.06%；18Ni（300）和18Ni（350）收缩约为0.08%。

18Ni系列钢的时效强化效果很明显。

如18Ni（250）钢在固溶状态下，硬度为28HRC，经4800C时效3小时，硬度可提高到43HRC，保温时间延长到3小时或更长，硬度可达52HRC。

18Ni系列时效钢还可以通过渗氮进一步强化。

18Ni（300）钢的气体渗氮工艺：455±100C，24~28小时。

析出硬化型钢也是通过固溶处理和沉淀析出第二相而强化，硬度在37~43HRC左右，能满足一些塑料模具成形零件的要求。

市场以40HRC级予硬化钢供应，仍然有满意的切削加工性。

这一类钢的冶金质量高，一般都采用特殊冶炼，所以纯洁度、镜面研磨性、蚀花加工性良好，使模具有良好的精度和精度保持性。

其焊接性好，表面和心部的硬度均匀。

析出硬化型塑料模具钢的代表性钢号有25CrNi3MoAl，属低碳中合金钢，相当美国的P21钢。

25CrNi3MoAl钢的热处理可分三部分：⑴.第一次固溶处理（也叫淬火）。

获得细小的板条状马氏体，提高钢的强韧性。

奥氏体化温度愈高，保温时间愈长，固溶处理后的硬度愈低，板条状马氏体粗大。

⑵.第二次固溶处理（也叫回火）。

目的是使马氏体分解又不使NiAl相脱溶析出。

25CrNi3MoAl钢经第二次固溶处理后，淬火马氏体分解转变成回火马氏体。

第二次固溶处理温度取650~6800C。

随着回火温度的升高和回火时间的延长，硬度逐渐下降。

在6800C回火4小时，硬度降到28HRC；6800C回火6小时，硬度降到23HRC。

此时极易切削加工。

⑶.时效处理。

目的是使NiAl相析出而强化。

美国P21钢的时效工艺：510~5380C，20~24小时。

25CrNi3MoAl钢时效变形率可控制在0.05%以下（收缩），如果在机加工后加消除应力处理，变形还可进一步减少到0.01~0.02%。

析出硬化型钢制的模具零件还可通过渗氮处理进一步通过耐磨性、抗咬合能力和模具使用寿命。

美国P21钢的渗氮温度可取与时效温度相同（510~5250C），渗氮时间20~24小时。

渗氮结果：有效渗氮层深度约0.15mm，表面硬度接近94HR15-N。

？25CrNi3MoAl钢如果也取渗氮温度与时效同一温度（520~5400C），同样可获得最佳硬度、强度和较高的韧性，渗氮层约0.2mm。

渗氮层表面硬度可高达1100HV。

我国研制的新型析出硬化塑料模具钢10Ni3MnCuAl（SM1Ni3MnMoCuAlE）可与日本同类型的高性能高精密予硬型塑料模具钢NAK55、NAK80媲美，但不含贵重元素Co。

试验钢（感应炉熔炼再经电渣重熔）基本化学成分（%）：C-0.10，Ni-2.83，Cu-0.94，Al-0.76，Mn-1.54，Mo-0.32，Si-0.24，Cr-0.09，S-0.015，P-0.017。

加工性能（切削加工性、热处理工艺性、镜面研磨性、抛光性、焊接性、蚀花性、电加工性、精度保持性等）均较好。

添加易切削元素S后，可进一步改善切削加工性而对力学性能无明显恶化。

热处理：8700C加热，保温1小时固溶处理，5100C4小时时效处理，硬度40~43HRC（以40HRC级予硬化钢供应市场）。

抗拉强度1000~1300Mpa。

金相组织为板条状马氏体基体弥散分布大量细小金属间化合物。

6. 耐腐蚀型塑料模具钢的热处理。

常用钢种有Cr13型和9Cr18钢等可强化的马氏体型不锈钢。

但上述不锈钢制作高镜面要求的塑料模具钢成型零件，表面质量的要求是难以满足的。

因此开发了耐腐蚀镜面塑料模具钢。

例如法国的CLC2316H钢（同类型的德国X36CrMo17），是预硬化型的抗腐蚀镜面塑料模具钢。

基本化学成分（%）：C-0.40，Si-0.35，Mn-0.90，Cr-16，Mo-1.03，S＜0.005，P＜0.03。

硬度30~35HRC。

钢经精细冶炼及热处理，材质纯净，组织细小均匀，具有良好的镜面性。

力学性能，300HBS 时屈服强度855Mpa，σb993Mpa，δ13%，ψ38%。

如果要进一步改变硬度和力学性能，可以重新淬火回火，淬火温度取985~10200C，油冷或气冷，回火温度按力学性能要求而定。

回火需两次，空冷。

耐腐蚀塑料模具钢零件的热处理与一般不锈钢制品的热处理基本相同。

模具钢的热处理：一.钢的退火：一般是将钢加热到高于临界温度约20~300C，保温一定时间，随后使其缓冷到室温以获得接近于平衡状态组织的工艺。

其目的在于：使钢的硬度降至接近最低值；消除钢的内应力；使钢的化学成分均匀以及细化钢的晶粒、改善钢的组织，为后续加工工序作准备。

1.完全退火：是将亚共析钢加热到A C3以上（20~300C）保温足够的时间，使完全转变成奥氏体并使奥氏体均匀化（或基本均匀），继之以缓慢冷却。

完全退火的目的是：使钢软化，以便于以后的机械切削加工或塑性变形加工；使钢的晶粒细化和消除内应力，以及为淬火准备适宜的组织。