模具金属材料基础知识

4Cr13(SUS420J2)。
3.沉澱硬化不鏽鋼 沉澱硬化不鏽鋼是在一定條件下由過飽
和固溶體中析出一些相而導致硬化的不鏽 鋼。包括馬氏體沉澱硬化不鏽鋼和半奧氏 體沉澱硬化不鏽鋼。馬氏體沉澱硬化不鏽 鋼經固溶處理后可獲得馬氏體﹐再經時 效﹐在回火馬氏體的基礎上析出金屬化合 物﹐實現強化﹐典型鋼種 00Cr17Ni4Cu4Nb(17-4)。
一. 鋼材的熱處理原理
1. 熱處理的定義： 熱處理就是將鋼材在固態下加熱到預定的溫 度，並在該溫度下保持一段時間，然後以一 定的速度冷卻下來的一種熱加工工藝
熱處理基礎知識
一. 鋼材的熱處理原理 二. 鋼材的熱處理工藝
3.3.7. 貝氏體相變：鋼材奧氏體化後，在 珠光體轉變溫度以下，馬氏體轉變溫度以上 的范圍內發生的相變為貝氏體相變，又稱為 中溫轉變。它的轉變具有珠光體轉變和馬氏 體轉變的某些共同特點。通常情況下，貝氏 體組織具有較為優良的機械性能。
2.5 案例﹕手機鏡面模具OPTIMAX 無凹坑(PITTING) 無橘皮(ORANGE PEEL)
2.6 材料方向性對拋光性能的影響
橫向 縱向
2.7咬花性能
. 咬花不均與材料因素如偏析﹑組織不均勻 硬度不均﹐加工因素如補焊不良﹑研磨不當
及咬花本身原因有關。
.注意﹕當幾件塑膠品(例如上下蓋)要求同 樣花紋時，必須使用同一塊鋼材，同一滾軋 方向。
2. 常用熱作模具鋼種 常用鋼種DAC﹑8407﹑SKD61﹑DAIVER
H13等。主要應用于壓鑄模﹑熱擠壓模﹑ 鍛壓模具等。
公司的硬度通常要求為HRC47±1
三﹑塑膠模具鋼 1.性能要求﹕ 1.1 一定的耐磨性﹕ 1.2 足夠的抗壓強度﹔ 1.3 高的耐腐蝕性﹔ 1.4 較好的熱傳導性﹔ 1.5 較高的韌性﹔ 1.6 良好的機加工性
3.2.保溫：就是鋼材在一定溫度下保溫，使 鋼材組織充分奧氏體化。 3.2.1.加熱溫度越高，保溫時間越長，則奧 氏體晶粒越粗大。 3.2.2.同時控制好加熱溫度和保溫時間是鋼 材奧氏體晶粒度的保證。 3.2.3.生產上采用短時快速加熱工藝是獲得 超細化晶粒的重要手段之一。
3.3.冷卻：鋼材經過奧氏體化後，以不同的 冷卻方式可得到不同形態的金相組織。鋼材的 性能最終取決於奧氏體冷卻轉變後的組織。 3.3.1.冷卻方式一般可以分為兩大類：
ASTM
出廠硬度
P20 HB290~330
HB280~330
HB370
HB280~325
HB280~310 420
HB290~330 HB300~330
狀態 預硬 預硬 預硬 預硬 預硬 素材 素材 預硬 預硬
2.2 整體硬化型塑膠模具鋼 S136ESR﹑8407SUPREME﹑STAVAX﹑ELMAX
2.3 鏡面加工性 (1) 組織均勻 (2) 純淨度高 (3) 氣體含量少 (4) 碳化物組織微細化 (5) 硬度高
ESR處理(Electro Slag Remelting 電 渣再融處理)
2.4高鏡面拋光要求模具鋼 OPTIMAX HPM38 STAVAX CORRAX YAG300 PAK90
等通常用于要求大批量生產﹑表面光潔度高具 備一定耐磨性承受較大壓力的塑膠模具。
對于一些要求抗磨粒磨損﹑形狀復雜的塑膠 模具可選用ASP23﹑XW-41﹑SLD等冷作模具鋼。
整體硬化鋼材以軟化退火狀態供貨﹐熱 處理至較高的硬度可獲得較好耐磨性﹑抗變 形和抗凹陷及較好的拋光性能。較好的耐磨 性對于生產加織和強化塑膠的模具十分重要。 模腔﹑澆口等區域應具有良好的抗變形和抗 凹陷性能。
NAK80析出硬化型預硬鋼 出廠硬度﹕HRC36~45 應用﹕高性能高精密塑膠模具
.鏡面要求高 .良好的表面放電性能 .蝕花加工性良好 718H(AISIP20改良型)Ni-Cr-Mo預硬 鋼﹐出廠硬度HB290~330﹐適用于大多 數塑模吹塑模﹐拋光性﹑咬花性良好。
S136H(STAVAX)﹑HPM38屬高級鏡面馬氏體 不鏽鋼﹐具備最佳的鏡面拋光性和耐腐蝕 性﹐
. 含S的預硬易快削鋼，或是存在嚴重偏析 的材料，組織會沿軋制方向分布，呈方向性， 是咬花後常見的明顯條紋的主要原因。
. ASSAB-718、PDS-3、PDS-5等咬花性穩定。
3. 透氣鋼 PM-35透氣鋼為特殊燒結粉末鋼﹐ 出
廠硬度HB330~380用于塑膠及壓鑄模具。 注意﹕不可研磨加工。 4. 高強度合金鈹銅
模具金屬模具材料知識
模具材料通常分為三類﹕ 一﹑冷作模具鋼 二﹑熱作模具鋼 三﹑塑膠模具鋼
一﹑冷作模具鋼 主要用于制造在冷狀態(室溫)下工件壓制
成型的模具。如冷沖壓模具﹑冷拉伸模具﹑ 冷擠壓模具等。 1. 性能要求﹕ 1.1 良好的耐磨性﹐工作時保持鋒利的刃 口﹔ 1.2 淬火態有較高的硬度和一定的淬透深 度﹔ 1.3 熱處理變形小﹐復雜形狀不易開裂﹔ 1.4 一定的強度和韌性﹔
1.5 較好的紅硬性。 2.常用冷作模具鋼種 2.1.低合金冷作模具鋼有SKS3、YK30、DF–2等
常用于制作短壽命模具﹑工具支撐件等。 淬透性較非合金模具鋼好﹐具有高的表面 硬度和一定的淬透深度。
2.2高合金冷作模具鋼 2.2.1 SLD﹑Cr12MoV﹑Cr12Mo1V1﹑SKD11﹑ XW–41﹑DC53等常用于制作中等壽命模 具鋼。具有高的抗壓強度﹑高的淬火硬 度良好的淬火韌性及高的耐磨性。 2.2.2 ASP23﹑ASP60SKH51﹑V4﹑V10等常 用于制作長壽命模具鋼。具有高的抗壓 強度高的淬火硬度﹑很好的耐磨性及穩 定性。
a, 等溫冷卻﹔ b, 連續冷卻﹔ 3.3.2.冷卻後一般的組織轉變： a, 珠光體相變﹔ b, 貝氏體相變﹔ c, 馬氏體相變﹔
3.3.3.等溫冷卻：將奧氏體化的鋼材快速冷 卻到臨界點以下的某一溫度，在此溫度等溫 一段時間，然後再冷卻到室溫。如等溫退火， 等溫淬火，分級淬火。 3.3.4.連續冷卻：將奧氏體化的鋼材以一定
速度連續冷卻到室溫。如淬火，退火，正火。
3.3.5.珠光體相變：鋼材在奧氏體狀態 下快速冷卻，在較高溫度下發生的相變， 即為珠光體轉變。珠光體組織是退火和 正火鋼的重要組織組成物，它的形態， 數量與分布情況對退火和正火鋼的性能 有著直接影響。
3.3.6.馬氏體相變：鋼材從奧氏體化狀態下 快速冷卻，在較低溫度下發生的相變叫做馬 氏體相變。它是強化金屬，提高鋼的硬度和 強度最主要的途徑之一。一般而言，鋼中馬 氏體的硬度主要取決於含碳量。
2.馬氏體不鏽鋼 馬氏體不鏽鋼是添加少量或不添加其它
合金元素的鐵-鉻合金鋼。退火狀態為鐵素 體組織﹐奧氏體化后快冷的組織為馬氏體 組織﹐這類鋼一般含有14%鉻和足以引起硬 化的碳含量。馬氏體不鏽鋼經淬火﹑回火 處理后具有良好的強度﹑塑性和韌性﹐有 良好的抗腐蝕性能。主要用于強度﹑硬 度﹑耐磨性較高﹐對耐腐蝕性也有一定要 求的零件﹑工具及模具等。如
鋼用量中最大的。 如﹕0Cr18Ni9(SUS303﹑SUS304)。
1.鐵素體不鏽鋼 鐵素體不鏽鋼是以Cr為主要合金元素的
高鉻鋼。這類鋼具有良好的抗氧化性和腐 蝕性﹐有良好的 熱加工性和一定的冷加工 性。與奧氏體不鏽鋼相比﹐具有優異的耐 氯化物應力腐蝕性能﹐純鐵素 體不鏽鋼無 相變﹐不能通過熱處理使之強化。
4.回火時的轉變 4.1. 鋼材淬火後進行回火，是為了消除或
減少內應力，防止變形或開裂，並獲 得穩定的組織和需要的性能。 4.2. 回火轉變： 馬氏體分解形成回火馬氏體﹔ 殘餘奧氏體轉變﹔ 碳化物轉變﹔
3. VIKING屬較特殊的一種﹐為多用途工具 鋼具有高韌性高耐磨性的特點 ﹐常用于熱 作模﹑抗壓強度和耐磨性不夠或冷作模具韌 性不足易斷的場合。
可用于沖模﹑拉伸模﹑工程塑膠模等。
4.主要失效形式 4.1磨損 4.2崩角 4.3塑性變形 4.4破裂 4.5粘著
5. 冷作模具鋼的選擇 5.1 形狀簡單﹑短工作壽命(10萬件 以下) DF-2﹑O1﹑SKS3﹑YK30等 5.2 形狀簡單或梢復雜﹑中工作壽 命 (10萬~100萬件) SLD﹑XW-41﹑SKD11﹑2379 5.3 形狀復雜﹑長工作壽命 ASP23﹑V4﹑V10等
-
NAK80
-
-
1CrNi3
SKH51 SKH51 M2
-
PD555 420.ESR
NH51 -
STAVAX
S-136
W6Mo5 Cr4V2
4Cr13
-
-
S7
-
S45C S45C 1045
-
S7
S7
-
-
-
45
二﹑熱作模具鋼 1. 性能要求﹕ 1.1 在使用溫度下的硬度和強度; 1.2 較高的韌性﹔ 1.3 耐急冷急熱性﹔ 1.4 化學穩定性﹔ 1.5 較好的工藝性﹔
一般用來制造光學鏡片﹑碟影片透明壓克 力﹑PVC等模具﹐大量生產﹐少維護。
交貨硬度為HRC30~35。
RAMAX屬AISI 420改良性馬氏體不鏽鋼﹐ 與FDAC一樣是含硫易切削鋼﹐常用于制做 塑膠模模座﹑PVC模具等﹐冷卻水道不生鏽 少維護。
交貨硬度為HRC34~38。
材料牌號
718H P20 NAK80 2738 PDS-5 2316 S136 S136H HPM38
能﹔
2.常用塑膠模具鋼種 2.1 預硬塑膠模具鋼 預硬塑膠模具鋼供貨狀態為淬火及回火﹐ 硬度通常為HB270~370﹐模具在使用前無須 熱處理。常應用于復雜少變形大型模具﹑對 磨耐性要求較低的模具﹑高強度模座等。 公司常用的一般的預硬鋼有 718H﹑P20﹑ NAK80﹑2738﹑FDAC﹑PDS-5等。
半奧氏體沉澱硬化不鏽鋼﹐經固溶處 理后為奧氏體﹐具有較好的塑性﹐ 冷軋變 形后使奧氏體盡可能轉變為馬氏體﹐再經 時效處理﹐從馬氏體基體中析出金屬化合 物﹐產生沉澱硬化。代表鋼種0Cr17NiAl﹐ 沉澱硬化不鏽鋼有很高的機械性能﹐耐腐 蝕性好﹐主要用于制造高強度﹑高硬度﹑ 耐腐蝕的零件。