国产常用(预硬型)塑料模具钢的特性及应用特点

预硬型塑料模具钢定义:将锻造、轧制的模块预先调质处理到一定硬度(20~40HRC),直接加工成模使用。可分为调质预硬型塑模具钢和易切削预硬型塑模具钢。
化学成分特点:一般为中碳低合金钢,0.35~0.65%C,特点:完全避免了因热处理而引起的模具变形和开裂。
适用范围:最适宜制作形状复杂的大、中型精密塑料模具。有利于模具材料的标准化、批量化。
常用的预硬型塑料模具钢:3Cr2Mo (P20) 、3Cr2NiMo(P4410)、Cr5MoSiV1(H13)、20BSCa、20Sre、20S、CrNiMnMoSCa(5NiSCa)、55CrNiMnMoV(SM1)、Cr2MnWMoVS(8Cr2S)
常用国产预硬型塑模钢化学成分:C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、V
热处理
预先热处理:一般为球化退火,目的是消除锻造应力,获得均匀的球状珠光体组织,降低硬度,提高塑性,改善切削加工性能。
预硬处理:通常采用淬火加高温回火(又称之为调质处理)。
淬透性:直接影响塑模钢的最终力学性能。Cr、Mn、Si、Ni等都有可提高淬透性,尤以Cr-Ni、Cr-Ni-Mo、Cr-Mn-Mo的配合效果更佳。
回火脆性:对小尺寸模块→快冷可避免对大尺寸模块→加入0.3~0.5%的Mo或1%的W即可。
易切削预硬钢的问题:预硬化钢的使用硬度一般在30~42HRC范围内,切削加工性能较差。目的:为了减少机加工工时、延长刀具寿命、降低模具成本;在各类易切削钢中,硫易切削钢因成本低,在各种切削条件下都能改善被切削性,故应用最普遍,但钢的力学性能与硫含量成反比关系 ,硫降低钢材的横向性能,特别是塑性和韧性。因此发展了较低硫含量和控制硫化物形态及各种多元复合的易切削钢;Ca、Zr、Te、Ti、稀土等元素都可控制硫化物形态。在含硫的易切削塑料模具钢中加入微量的Ca(0.002~0.008%),可使单一硫系条状硫化物变成纺锤状,改善了切削加工性能、磨抛性能和图案花纹蚀刻性能,并提高 了等向性能
易切削预硬钢分类:⑴、S:条状MnS,软质点:S-Ca和S-Re;⑵、Pb:球形软质点:有毒;⑶、Se:球形软质点;⑷、Ca:低熔点Ca-Al-Si共晶化合物,硬质点软化、润滑。工业污染问题:在易切削钢中含有的这些元素在一般的冶金产品中则是有害元素,故易造成工业污染,阻碍了易切削钢的推广。
P20系列
3Cr2Mo (P20):
是目前GB/Tl299-2008中唯一的专用塑模钢与美国P20是同类型钢。{page}
特点:镜面抛光性好,Ra0.05~0.10微米,淬透性好(Cr、Ni、Mo),预硬硬度一般为30~36HRC。
适用范围:主要用于制造中、小型塑料模具,如小型电视机、大型收录机的外壳和洗衣机面板盖等。
3Cr2Mo还可进行镀铬、渗碳、渗氮、气相沉积等表面处理,以提高模具型腔表面的耐磨性。 href="/-3-174-176.html">3Cr2NiMo(P4410)钢为P20的改进型,加0.8%~1.2%(wt%)的Ni,以提高钢的淬透性和强韧性。P4410钢有较高的纯洁度,组织致密,镜面抛光性能好,粗糙度可达Ra0.01~0.05微米。经预硬到32~36HRC后,具有良好的车、铣、磨等切削加工性能。
表面处理:可采用火焰局部加热到800~825℃,在空气中自然冷却或压缩空气冷却,使局部表面的硬度达到56~62HRC,以延长模具的使用寿命。也可对模具进行表面镀铬,表面硬度从370~420Hv提高到1000HV,显著提高模具的耐磨性和耐蚀性。该钢的焊接工艺性良好,可进行焊补修复。
该钢主要用于预硬截面厚度要求大于250mm的塑料成型模具。
⒉SM1 ---Y55CrNiMnMoV(SM1)钢:
SM1钢属含硫系易切削预硬塑料模具钢,经预硬处理后,硬度一般为35~40HRC。在此硬度下,SM1钢具有高的强韧性、优良的切削加工性和镜面抛光性能,模具加工成形后不再热处理而直接使用;SM1具有较好的耐蚀性和可渗氮等优点,广泛用于制造高精度塑料成型模具,如录音机外壳模具、洗衣机外壳模、继电器组合件注射模等。
SM1钢的处理工艺:SM1钢碳、铬含量较低,具有比较好的锻造性能,锻造加热温度为1150℃,始锻温度为1050℃,终锻温度为850℃,锻后需进行球化退火。
等温球化退火工艺为:缓慢升温到810℃左右,保温2~4h,冷却到680℃等温4~6h,炉冷到550℃出炉,退火硬度为200HBS。SM1钢的淬火加热温度为800~860℃,淬火硬度为58HRC,回火温度为620℃。回火硬度为35~40HRC。
⒊5NiSCa---5CrNiMnMoVSCa(5NiSCa)钢:
5NiSCa钢是华科研制的新钢种,属于硫、钙复合系易切削预硬型塑料模具钢。该钢不仅具有良好的切削加工性,而且镜面抛光性也好,蚀刻花纹图案清晰逼真,并在使用中有较强的保持模具镜面的能力。5NiSCa钢经880℃加热油淬、600℃回火的预硬处理后,硬度为36~48HRC,具有优良的综合力学性能、耐磨性能、等向性能、切削加工性能和镜面抛光性能,表面粗糙度可达Ra0.05~0.025微米。抛光后的模具置于大气中容易锈蚀氧化,应及时进行镀铬或渗氮处理,既能保护型腔表面,又能提高表面硬度和耐磨性。锻造工艺:预热温度为800℃ ,锻造加热温度为1100℃,始锻温度为1070~1100℃ ,终锻温度为850℃ ,锻后砂冷。此钢锻造变形抗力小,塑性良好,容易锻造。5NiSCa钢在高硬度(50HRc以上)仍可进行机械加工,具有高的韧性及止裂能力,且变形小。5NiSCa可用于制作型腔复杂、精密的大、中、小型注射模具、橡胶模具和压塑模具,例如收录机、洗衣机等塑料模具,模具质量和使用寿命超过P20钢。{page}
⒋8Cr2MnWMoVS(8Cr2S)钢:
8Cr2S钢是华科研制的硫系易切削预硬高碳钢,8Cr2S钢的锻造性能尚好,锻造加热温度为1100~1150℃,始锻温度为1060℃,终锻温度≤900℃。锻后MnS沿锻轧方向延伸成条状,有各向异性。等温球化退火工艺为:790~810℃×2h,然后冷到700℃再保温6~8h,炉冷到550℃出炉空冷,退火硬度≤ 229HBS,退火组织为细粒状珠光体。淬火加热温度为860~920℃,油冷淬火、空冷淬火或在240~280℃硝盐中等温淬火都可以。直径100mm的钢材空淬可以淬透,淬火硬度为62~64HRC。回火温度550~620℃,回火硬度为40~48HRC。
可进行渗氮、渗硼、镀铬、镀镍等表面处理。因加有S,预硬硬度为40~48HRC时仍可进行机械加工,加工性能与调质到30HRC的碳素钢相近。
⒌12、Y82---空冷12钢和Y82钢:
空冷12钢属Mn-B系中高碳空冷贝氏体钢。具有良好的淬透性,在热锻或热轧后(终锻轧900 ℃)空冷自硬化,再经低温回火,获得高强度、高硬度(≥50HRC)的细化B/M复相组织,变形极小,并能保持高的抛光性。微量B使C曲线P区大大右移,空冷淬火可得B/M复相组织。生产工艺简单、节能、成本低(因省去了淬火重新加热程序)、模具寿命长。Y82钢属于Mn-B-S-Ca系中碳低合金易切削空冷预硬型贝氏体钢。采用少量Mn、B合金化,空冷即可获得B/M复相组织,具有优良的强韧性和淬透性。Y82钢加入适量的易切削元素S和Ca,改善了夹杂物的形态.Y82钢可以在预硬状态下加工成形,并可抛光至镜面,其特性与上述的空冷12钢相似。它在热成形后空冷,再经中温回火,获得硬度约40HRC及良好的强韧性配合。可用于电视机壳等模具。
资料来源:上海荔锋模具钢材有限公司


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