时效硬化型塑料模具钢介绍圆锯机

时效硬化型塑料模具钢介绍

时效硬化型塑料模具钢介绍 2011： 此类钢的共同特点是含碳量低、合金度较高，经高温淬火(固溶处理)后，钢处于软化状态，组织为单一的过饱和固溶体。但是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。并且，这一强化过程引起的尺寸、形状变化极小。因此，采用此类钢制造塑料模具时，可在固溶处理后进行模具的机械成形加工，然后通过时效处理，使模具获得使用状态的强度和硬度，这就有效地保证了模具最终尺寸和形状的精度。

此外，此类钢往往采用真空冶炼或电渣重熔，钢的纯净度高，所以镜面抛光性能和光蚀性能良好。这一类钢还可以通过镀铬、渗氮、离子束增强沉积等表面处理方法来提高耐磨性和耐蚀性。下面介绍几种时效硬化型塑料模具用钢。

(一)25CrNi3MoAl钢

25CrNi3MoAl属低镍无钴时效硬化钢，这是参考了国外同类钢的成分，并根据我国冶炼工业的特点及使用厂对性能的要求加以改进而研制的一种新型时效硬化钢，为我国时效硬化型精密塑料模具专用钢种填补了空白。

1.化学成分及相变点

25CrNi3MoAl钢的化学成分见表3-13。

表3-13 25CrNi3MoAl钢的化学成分(质量分数)(%)

C Cr Ni Mo Al Si Mn S、P

0.2～0.3 1.2～1.8 3.0～4.0 0.2～0.4 1.0～1.6 0.2～0.5 0.5～0.8 ≤0.03

相变点Ac1740℃、Ac3780℃、Ms290℃。

2.力学性能

(1)硬度：25CrNi3MoAl钢经不同温度固溶及时效处理后的硬度分别见表3-14及表3-15。

表3-14 25CrNi3MoAl钢经不同温度固溶处理后的硬度

加热温度/℃(保温30min) 830 920 960 1000

硬度HRC 50 48.5 46.4 45.6

表3-15 25CrNi3MoAl钢时效处理后的硬度

时效温度/℃ 500 520 540

硬度HRC 35.5～38 39～41 39～42

(2)室温力学性能：25CrNi3MoAl钢经880℃固溶，680℃回火，540℃时效处理8h后的力学性能见表3-16。

表3-16 25CrNi3MoAl钢的室温力学性能

HRC σb/Mpa σs/MPa δ(%) ψ(%) αk①/(J/cm2)

39～42 1260～1350 1170～1200 13～16.8 55～59 45～52

①αk值为夏比U形试样冲击韧度值。

3.热处理工艺

(1)用作一般精密塑料模具：淬火加热温度880℃，空冷或水冷淬火，淬火硬度48～50HRC，再经680℃，4～6h高温回火，空冷或水冷，回火硬度22～23HRC，经机加工成形。再经时效处理，时效温度520～540℃，保温6～8h，空冷，时效硬度39～42HRC。再经研磨、抛光或光刻花纹后装配使用。时效变形率大约为-0.039%。

(2)用于高精密塑料模具：淬火加热温度880℃，再经680℃高温回火，其余工艺同上。但在高温回火后对模具进行粗加工和半精加工，再经650℃保温1h，消除加工后的残留内应力，然后再进行精加工。此后的时效、研磨、抛光等工艺仍同上。经此处理后时效变形率仅为-0.01%～-0.02%。

(3)用于对冲击韧度要求不高的塑料模具：对退火的锻坯直接经粗加工、精加工，进行520～540℃、6～8h的时效处理，再经研磨、抛光及装配使用。经此处理后，模具硬度40～43HRC，时效变形率≤0.05%。

(4)用作冷挤型腔工艺的塑料模具：模具锻坯经软化处理后，即对模具挤压面进行加工、研磨、抛光。然后对冷挤压模具型腔和模具外形进行修整，最后对模具进行真空时效处理或表面渗氮处理后再装配使用。

4.实际应用

马氏体时效钢06Ni6CrMoVTiAl已分别应用在化工、仪表、轻工、电器、航空航天和国防工业部门，用以制作磁带盒、照像机、电传打字机等零件的塑料模具，均收到很好效果。

该钢制作的录音机磁带盒塑料模具寿命可达200万次以上，压制的产品质量可与进口模具压制的产品相媲美；制作收录机磁带盒塑料模具，其平均寿命达110万次以上。

(四)10Ni3CuAlMoS(PMS)镜面塑料模具钢

光学塑料镜片、透明塑料制品以及外观光洁、光亮、质量高的各种热塑性塑料壳体件成形模具，国外通常选用表面粗糙度低、光亮度高、变形小、精度高的镜面塑料模具钢制造。

镜面性能优异的塑模钢，除要求具有一定强度、硬度外，还要求冷热加工性能好，热处理变形小。特别是还要求钢的纯洁度高，以防在镜面出现针孔、桔皮、斑纹及锈蚀等缺陷。

PMS镜面塑料模具钢是一种新型的析出硬化型塑料模具钢，具有良好的冷热加工性能和综合力学性能，热处理工艺简便，变形小，淬透性高，适宜进行表面强化处理，在软化状态下可进行模具型腔的挤压成形。

1.化学成分及相变点

PMS钢的化学成分见表3-20，碳质量分数限制在0.2%以下，保证钢的热加工性能及热处理后的韧性，Ni、Al的加入是为了保证时效硬化后钢的硬度(40HRC左右)。

表3-20 PMS钢的化学成分(质量分数)(%)

C Si Mn Ni Cu Al Mo P、S.

0.06～0.16 ≤0.35 1.4～1.7 2.8～3.4 0.8～1.2 0.7～1.1 0.2～0.5 ≤0.01

相变点Ac1675℃、Ac3821℃、Ar1382℃、Ar3517℃、Ms270℃。

2.工艺性能

(1)锻造：PMS钢有良好的锻造性能，锻造加热温度1120～1160℃，终锻温度≥850℃，锻后空冷或砂冷。

(2)固熔处理：固溶处理的目的是为了使合金元素在基体内充分溶解，使固溶体均匀化，并达到软化，便于切削加工。经840～850℃加热3h固溶处理，空冷后的硬度为28～30HRC。

(3)时效处理：钢的最终使用性能是通过回火时效处理而获得的，钢出现硬化峰值的温度约为510℃±10℃，时效后硬度为40～42HRC。

(4)变形率：PMS的变形率很小，收缩量＜0.05%，总变形率径向为-0.11%～0.041%，轴向为-0.021%～0.026%，接近马氏体时效钢。

3.力学性能

PMS钢经840～850℃加热保温空冷固溶处理，再经510℃及530℃时效处理后的力学性能，见表3-21所示。

表3-21 PMS钢不同温度时效后的力学性能

钢种 时效温度/℃ 硬度/HRC σb/MPa σs/MPa δ5(%) ψ(%) αk/(J/cm2)

PMS钢(含S) 510 42.5 1303.5 1169.1 16 49.2 14.7～17.1

530 41.4 1292.7 1194.6 15 52.7 20.6

PMS钢(低S) 510 42.7 1331.9 1264.5 14.7 47.8 21.6

530 41.8 1252.5 1191.7 14.6 55.7 21.6

4.实际应用

PMS镜面塑料模具钢适于制造各种光学塑料镜片，高镜面、高透明度的注射模以及外观质量要求极高的光洁、光亮的各种家用电器塑料模。

例如电话机壳体模具，生产出的电话机塑料壳体制品外观质量达到国外同类产品的先进水平，模具使用寿命也明显提高。又如大型双卡收录机注射模，生产出的机壳外观质量高，原用45钢制造注射模，模具寿命15万模；而PMS钢制造的注射模，寿命达40万模。

PMS钢是含铝钢，其渗氮性能好，时效温度与渗氮温度相近，因而，可以在渗氮处理的同时进行时效处理。渗氮后模具表面硬度、耐磨性、抗咬合性均提高，可用于注射玻璃纤维增强塑料的精密成形模具。

PMS钢还具有良好的焊接性能，对损坏的模具可进行补焊修复。PMS钢还适于高精度型腔的冷挤压成形。

(五)Y20CrNi3AlMnMo(SM2)钢

1.化学成分及相变点

Y20CrNi3AlMnMo(SM2)属时效硬化型塑料模具钢，其化学成分见表3-22。

表3-22 SM2钢化学成分(质量分数)(%)

C Mn S P Cr Ni Mo Al Si

0.17～0.23 0.80～1.20 0.080～0.150 ＜0.030 0.80～1.20 3.00～3.50 0.20～0.50 1.00～1.50 ＜0.40

相变点Ac1710℃、Ac3795℃、Ms405℃。

2.工艺性能

(1)锻造：锻造性能良好，锻造无特殊要求。

(2)软化处理：870～930℃加热，油冷，680～700℃高温回火2h，油冷，硬度≤30HRC。

(3)热处理工艺：870～930℃加热，油淬，680～700℃油冷，500～560℃时效。

3.力学性能

经上述处理后，SM2的力学性能见表3-23所示。

表3-23 SM2钢的力学性能

σb/MPa σ0.2/Mpa δ5(%) ψ(%) αk/(J/cm2) 硬度HRC

1176 980 15 45 54 35

4.实际应用

Y20CrNi3AlMnMo钢生产工艺简便易行，性能优越稳定，使用寿命长。经电子、仪表、家电、玩具、日用五金等行业推广应用，效果显著。

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