对塑料模具钢的要求及热处理.docx

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：（1） .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荐的规范为淬火一840〜88OoC，油冷，回火一600〜6500C，空冷， 硬度一28〜33HRC2） .美国（AISI、SAE）推荐的P20钢渗碳后的热处理工艺：淬火一820〜8700C,回火一150〜2600C，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W265HBS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左右立即回火回火：回火温度根据硬度要求而定不同温度回火后的硬度见下表回火温度0C100200300400500600700硬度HRC51504846423628抗拉强度b/MPa173016701570148012301140920回火加热时应缓慢升温，回火保温时间按壁厚1h/20mm计算，但不得小于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4OO~5OOoC后，进行焊接焊接后及时消除应力退火，工艺为6OO~65OoC, 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18O~2OOoC，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1）. 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Ra0.025 口 m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7OO~72OoC等温，保温4~6小时，炉冷，硬度W229HBS 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回火：一般取16O~2OOoC,空冷，硬度258HRC不同回火的性能如下：温度0C200500550580600620630650硬度HRC62.353.751.149.847.146.644.236.7° b/MPa31303100300030002900285125702470(2). 5CrNiMnMoVSCa (5NiCa)高韧性易切削钢，在予硬状态下(42HRC)仍具有良好的加工性，良好的镜面抛光性能，抛光可达Ra0.040 口 m,补焊性能好退火：60〜78OoC,保温2小时,670〜6900C保温6〜8小时,炉冷到W53OoC出炉空冷，硬度217〜220HBS 淬火：86O~92OoC，油冷或空冷(小零件)，ob±2100Mpa，硬度三58HRC经淬火和不同温度回火后的硬度和抗拉强度见下表：温度0C200300400500600625650675硬度HRC575450.54843.5393632.5工 b/MPa2100209018401710130012101032-3. 非合金中碳塑料模具钢的热处理。

就是冶金质量更高的中碳碳素结构钢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：(1) . 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；(2) . 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；(4). 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900〜930oC，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175~48OoC。

渗碳淬火回火后的表面硬度均取58〜64HRCP20钢也宜渗碳，渗碳温度 87O~9OOoC，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 48O~595oC，硬度 28〜37HRC5. 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52HRC18Ni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±lOoC, 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。

2）. 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 650〜68OoC随着回火温度的升高和回火时间的延长，硬度逐渐下降在680oC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-N25CrNi3MoAl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 耐腐蚀型塑料模具钢的热处理规范序号钢号热处理硬度1Cr13系列98O~1O5OoC油冷，65O~7OOoC回火，油冷可进行渗 氮提高表面硬度和耐磨性、但耐蚀性会下降229~341HBS29Cr188500C预热，1O5O~11OOoC奥氏体化油冷，一800C冷 处理，160~2600C回火3小时，130〜1400C去应力退 火15~20小时。

58~62HRC3S-STAR第一次预热5000C 第二次预热8000C 奥氏体化温度1O2O~1O7OoC,空冷、油冷或气冷均可， 回火：①.要求耐蚀性。