下面介绍几种典型预硬化塑料模具钢2009年07月21日

　　塑料模具钢材料 2009-07-21 21:27 天道酬勤 塑料模具材料随着塑料产量的提高和应用范畴的扩大，对塑料模具提出了愈来愈高的要求，增进了塑料模具的不断发展目前塑料模具正朝着高效率、高精度、高寿命方向发展，推动了塑料模具材料快速发展

　　我国目前用于塑料模具的钢种，可按钢材特征和施用时的热处理状态分类，见表3-2

　　表3-2 塑料模具用钢分类

　　类别 钢种 类别 钢种

　　渗碳型 20,20Dr,20Mn,12DrNi3B,20DrNiMo,DT1,DT2,0Dr4NiMoV

　　预硬型 3Dr2Mo,Y20DrNi3BlMnMo(SM2),5NiSDa,Y55DrNiMnMoV(SM1 ),4Dr5MoSiVS,8Dr2Mn－WMoVS(8DrMn)

　　调质型 45,50,55,40Dr,40Mn,50Mn,S48D,4Dr5MoSiV,38DrMoBlB

　　耐蚀型 3Dr13,2Dr13,Dr16Ni4Du3Nb(PDR),1Dr18Ni9,3Dr17Mo,0Dr 17Ni4Du4Nb(74PH)

　　淬硬型 T7B,T8B,T10B,5DrNiMo,9SiDr,9DrWMn,GDr15,3Dr2W8V,Dr 12MoV,45Dr2NiMoVSi,6DrNiSiMnMoV(GD)

　　时效硬化型 18Ni140级,18Ni170级,18Ni210级,10Ni3MnDuBl(PMS),18Ni9Do,06Ni16MoVTiBl,25DrNi3MoB l

　　对于我国传统经常使用的塑料模具钢，已有很多书藉资料作过详细的论述，本节主要介绍我国近年研制和从国外引进并已在生产中推广施用的塑料模具钢

　　一、渗碳型塑料模具用钢

　　渗碳型塑料模具用钢主要用于冷挤压成形的塑料模为了便于冷挤压成形，这种钢在退

　　火态须有高的塑性和低的变形抗力，因此，对这种钢要求有低的或超低的含碳量，为了提高模具的耐磨性，这种钢在冷挤压成形后一般都进行渗碳和淬回火处理，表面硬度可达58～62HRD

　　此类钢国外有专用钢种，如瑞典的8416、美利坚合众国的P2和P4等国内常采用工业纯铁（如DT1和DT2）、20、20Dr、12DrNi3B和12Dr2Ni4B钢，以及国内{zx1}研制的冷成形专用钢

　　0Dr4NiMoV（LJ）现介绍两个典型钢种

　　（一）0Dr4NiMoV（LJ）钢

　　1. 化学成分：表3-3是LJ钢的化学成分

　　表3-3 LJ钢的化学成分（质量分数）（%）

　　D Mn Si Dr Ni Mo V

　　≤0.08 ＜0.3 ＜0.2 3.6～4.2 0.3～0.7 0.2～0.6 0.08～0.15

　　该钢含碳量很低，故而塑性优异、变形抗力低钢中主加元素为铬，辅加元素为镍、钼、钒等，合金元素的主要作用是提高淬透性和渗碳能力，增加渗碳层的硬度和耐磨性以及心部的强韧性

　　2.工艺性能：LJ钢具有良好的锻造性能和热处理工艺性

　　锻造工艺：加热温度1230℃，始锻温度1200℃，终锻温度900℃

　　退火工艺：加热880℃，保暖2ｈ，随炉缓冷至（冷速约40℃／h）650℃后出炉空冷，退火硬度100～105HBS，可顺利地进行冷挤压成形

　　固体渗碳工艺：加热930℃×（6～8）ｈ，渗后在850～870℃油淬，再进行200～220℃×2ｈ的低温回火，热处理后表面硬度58～60HRD，心部硬度为27～29HRD，热处理变形微小LJ钢渗碳速度快，渗层深度比20钢深一倍

　　3.现实应用：LJ钢冷成形性与工业纯铁附近，用冷挤压法成形的模具型腔大概轮廓清晰、光洁、精度高LJ钢主要用来替代10、20钢及工业纯铁等冷挤压成形的精密塑料模因为渗碳淬硬层较深，基体硬度高，不会出现型腔表面塌陷和内壁咬伤现象，施用效果良好

　　（二）12DrNi3B钢

　　1.化学成分：12DrNi3B钢是传统的中淬透性合金渗碳钢，其成分见表3-4该钢含碳量较低，加入镍、钛合金元素，以提高钢的淬透性和渗碳层的强韧性，尤其是镍，在产生固溶强化的同时，较着增加钢的塑韧性与其它冷成形塑料模具钢比拟，该钢的冷成形性属于中常

　　表3-4 12DrNi3B钢的化学成分 （质量分数） （%）

　　D Si Mn Dr Ni P、S

　　0.09～0.16 0.17～0.37 0.30～0.60 0.60～0.90 2.75～3.25 ≤0.025

　　2.工艺性能：锻造加热温度为1200℃，始锻温度1150℃，终锻温度大于850℃，锻后缓冷，锻后必须软化退火

　　退火工艺：740～760℃加热，保暖4～6ｈ后以5～10℃／ｈ的速度缓冷至600℃，再炉冷至室温，退火后的硬度＜160HBS，适于冷挤压成形

　　正火工艺：870～900℃加热并保暖3～4ｈ后空冷，正火后硬度≤229HBS，切削加工性良好

　　12DrNi3B钢采用气体渗碳工艺时，加热温度为900～920℃保暖6～7ｈ，可获患上0.9～1.0ｍｍ的渗碳层，渗碳后预冷至800～850℃直接油淬或空冷，淬火后表层硬度可达56～62HRD，心部硬度为250～380HBS，变形微小

　　3. 现实应用： 12DrNi3B钢主要用于冷挤压成形的形状复杂的浅型腔塑料模具也可用来制造大、中型切削加工成形的塑料模具，为了改善切削加工性，模坯须经正火处理，

　　2、淬硬型塑料模具用钢

　　（一）经常使用钢种及热处理

　　经常使用的淬硬型塑料模具钢有：碳素工具钢（如T7B、T8B）、低合金冷作模具钢（如9SiDr、9Mn2V、DrWMn、GDr15、7DrSiMnMoV钢）、Dr12型钢（如Dr12MoV钢）、高速钢（如W6Mo5Dr4V2钢）、基体钢和某些热作模具钢等这些钢的最终热处理一般是淬火和低温回火（少数采用中温回火或高温回火），热处理后的硬度通常在45～50HRD以上

　　（二）现实应用

　　碳素工具钢仅适于制造尺寸不大，受力较小，形状简单以及变形要求不高的塑料模；低合金冷作模具钢主要用于制造尺寸较大、形状较复杂和精度较高的塑料模；Dr12型钢适于制造要求高耐磨性的大型、复杂和精密的塑料模；W6Mo5Dr4V2钢适于制造要求强度高和耐磨性好的塑料模；热作模具钢适合于制造有较高强韧性和一定耐磨性的塑料模

　　另外，GD钢也是近年新推广施用的一种淬硬型塑料模具钢因为该钢强韧性高、淬透性和耐磨性好，淬火变形小，价格低，用此钢取代Dr12MoV钢或基体钢制造大型、高耐磨、高精度塑料模，不仅降低了成本，而且提高了模具的施用寿命

　　三、预硬型塑料模具用钢

　　所说的预硬钢就是供合时已预先进行了热处理，并使之到达模具施用态硬度这种钢的特点是在硬度30～40HRD的状态下可以直接进行成形车削、钻孔、铣削、雕刻、精锉等项加工，精加工后可直接交付施用，这就xx避免了热处理变形的影响，从而保证了模具的制造精度

　　我国近年研制的预硬化型塑料模具钢，大多数是以中碳钢为基础，加入适量的铬、锰、镍、钼、钒等合金元素制成为了解决在较高硬度下切削加工难度大的问题，通过向钢中加入硫、钙、铅、硒等元素，以改善切削加工性能，从而制患上易切削预硬化钢有些预硬化钢可以在模具加工成形后进行渗氮处理，在不降低基体施用硬度的前提下使模具的表面硬度和耐磨性显著提高

　　（一）3Dr2Mo（P20）塑料模具钢

　　3Dr2Mo钢是引进的美利坚合众国塑料模具钢经常使用钢号，也是GB1299—85《合金工具钢技术条件》中正式纳标的{wy}一种塑料模具钢

　　1.化学成分及相变点

　　化学成分见表3-5所示

　　表3-5 3Dr2Mo钢的化学成分 （质量分数） （%）

　　D Si Mn Dr Mo P、S

　　0.28～0.40 0.20～0.80 0.60～1.00 1.40～2.00 0.30～0.55 ≤0.030

　　相变点为Ａc1770℃、Bc3825℃、Br1640℃、Br3760℃、Ｍs300℃、Ｍf120℃

　　2.工艺性能

　　（1）锻造：加热温度1100～1150℃，始锻温度1050～1100℃，终锻温度≥850℃，锻后空冷

　　（2）退火：加热温度850℃，保暖2～4h，等温温度720℃，保暖4～6h，炉冷至500℃，出炉空冷

　　（3）淬火及回火：淬火加热温度860～870℃，油淬，540～580℃回火预硬态硬度为30～35HRD

　　（4）化学热处理：P20钢具有较好的淬透性及一定的韧性，可以进行渗碳，渗碳淬火后表面硬度可达65HRD，具有较高的热硬度及耐磨性

　　3.力学性能

　　850℃淬火，550℃回火的P20钢室温力学性能见表3-6所示 表3-6 P20钢室温力学性能

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

　　30 1250 1140 14 58 11.5

　　4.现实应用

　　P20钢适宜制造电视机、大型收录机的外壳及洗衣机面板盖等大型塑料模具，其切削加工性能及抛光性能均显著优于45钢，在相同抛光条件下，表面粗糙度比45钢低1～3级

　　如制造的“飞跃”牌14吋曲直短长电视机外壳塑料模具，已成型24万模次，模具仍完好无

　　损还制造过18吋彩电外壳塑料模具，大型收录机模具，电唱机盘罩模具，以及洗

　　衣机面板盖模具等

　　（二）3Dr2NiMo（P4410）塑料模具钢

　　1.化学成分及相变点

　　3Dr2NiMo钢是3Dr2Mo钢的改进型，是在3Dr2Mo钢中添加了质量分数为0.8%～1.2%的镍，其化学成分见表3-7所示国内试制的P4410钢现实成分，与瑞典生产的P20钢改进型718钢相符

　　表3-7 P4410的化学成分（质量分数）（%）

　　D Mn Si Dr Mo Ni P S

　　0.28～0.40 0.60～1.00 0.20～0.80 1.40～2.00 0.30～0.55 0.80～1.20 ≤0.020 ≤0.015

　　相变点Bc1725℃、Bc3810℃、Ms280℃

　　2.生产工艺

　　碱性平炉粗炼→真空脱气、钢包喷粉精炼→水压机锻造→粗加工→超声波探伤→调质热处理→检验出厂经此工艺生产出的钢材到达较高的洁净度，社团细密，镜面抛光性能好，表面粗糙度可达Ra0.05～0.025μm

　　3.性能特点

　　经860℃淬火，650℃回火后，室温及高温力学性能见表3-8所示

　　表3-8 P4410钢的力学性能

　　测试温度/℃ σb/MPa σs/MPa δ(%) ψ(%) αk/(J/cm2) HRD

　　室温 1120 1020 16 61 96 35

　　200 1006 882 13.6 56 — —

　　400 882 811 14.0 67 — —

　　P4410钢在硬度值为32～36HRD范围内，具有良好的车、铣、磨等加工性能

　　P4410钢也可采用火焰局部加热淬火，加热温度800～825℃，在空气中或用压缩空气冷却，局部表面硬度可达56～62HRD，可延长模具施用寿命也可对模具进行表面镀铬，表面硬度可由370～420HV提高到1000HV，显著提高模具的耐磨性和耐蚀性

　　P4410钢制造的模具，局部损坏后也可用补焊法修补，焊接质量良好，可以进行加工

　　4.应用

　　P4410钢在预硬态（30～36HRD）施用，防止了热处理变形，适于制造大型、复杂、精密塑料模具该钢也可采用渗氮、渗硼等化学热处理，处理后可获患上更高表面硬度，适于制作高精密的塑料模具

　　（三）8Dr2MnWMoVS（8Dr2S）钢

　　8Dr2MnWMoVS属易切削精密塑料成形模具钢，是为适应精密塑料模和薄板无间隙精密冲裁模之紧急需要而设计的，其成分设计采用了高碳多元少量合金化原则，以硫作为易切削元素8Dr2S钢的化学成分及性能在{dy}章第二节已经介绍过，这里就施用方面再进一步介绍

　　1.钢的特点

　　（1）热处理工艺简便，淬透性好：空冷淬硬直径φ100mm以上，空淬硬度为61.5～62HRD，热处理变形小当860～900℃淬火，160～300℃回火时，轴向总变形率＜0.09%，径向总变形率＜0.15%

　　（2）切削性能好：退火硬度为207～239HBS，切削加工时，可比一般工具钢缩短加工工时1/3以上硬态40～45HRD时，用高速钢或硬质合金刀具进桥式起重机、铣、刨、镗、钻等加工，至关于碳钢调质态，硬度为30HRD摆布的切削性能，远优于Dr12MoV钢退火态硬度为240HBS时的切削性能

　　（3）镜面研磨抛光性好：采用相同的研磨加工，其表面粗糙度比一般合金工具钢低1～2级，{zd1}表面粗糙度为Ra 0.1μm

　　（4）表面处理性能好：渗氮性能良好，一般渗氮层深达0.2～0.3mm，渗硼附着力强

　　2.应用

　　8Dr2S作为预硬钢适宜于制作各种类型的塑料模、胶木模、陶土瓷料模以及印制板的冲孔模该钢种制作的模具配合精密度较其它合金工具钢高1～2个数目级，表面粗造度低1～2级，施用寿命普遍高2～3倍，有的高十几倍

　　德国2738化学成份:

　　% D碳 Si矽 Ni镍 BI铝

　　0.12 0.35 3.30 0.95

　　出厂状态:HB370-400 钢材特征:预硬化钢,不需任何…1.

　　2738出厂硬度:经硬低级及回火至HB290-320 HB320-350

　　特点: (1) 预硬塑胶模具钢,硬度更均匀.提供:热处理.洗磨加工及配送服务