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1、知识回顾,1、掌握塑料模的工作条件和工作特点（热固性塑料模、热塑性塑料模） 、掌握塑料模常见的失效形式（磨损、腐蚀、塑性变形、断裂） 、掌握塑料模具材料使用性能和工艺性能要求。,第二节塑料模具用钢及选用,一、塑料模具用钢种类 当前，对塑料制品成 型用模具的品种和数量的需求愈来愈大，质量要求越来越高，需要新型的高质量塑料 模具专用钢材。在一些发达国家，已有了专门的塑料模具钢材系列。在我国，目前尚未形成 独立的塑料模具钢系列。在实际生产中，用来制造塑料模具的钢材仍属于传统的常用钢种，例 如45、40Cr、CrWMn、Cr12MoV等。这些钢难以满足对塑料模具越来越高的多方面的性能 要求。为此，近年
2、来我国研制了一些新型塑料模具钢，并引进了一些在国外己通用的钢 种。 我国目前用于塑料模具的钢种，可按照钢材特性和使用时的热处理状态分类，见表4-1。,除上述钢种外，近年来，已有资料报导用球墨铸铁经正火后制造塑料模型芯、型腔，其大大减少了模具成形的机械粗加工，且使用效果也很好。,二、塑料模具用钢的成分、性能特点 1.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。 这类钢在退火态须有高的塑性和低的变形抗力，成形复杂型腔时，其退火硬度运100HBS ，成形浅型腔时，其退火硬度运160HBS 。 对这类钢要求有低的或超低的含碳量，同时钢中加入能提高淬透性而固溶强化铁素体效果又小的合
3、金元素，铬、镍是比较理想的元素，硅的含量应尽量低。 为了提高模具的耐磨性，这类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582HRC。,此类钢国外有专用钢种，如瑞典的8416 、美国的P2 和P4 等。国内常采用工业纯铁(如 DT1 和DT2) 、20、20Cr、12CrNi3A 和12Cr2Ni4A 钢，以及国内最新研制的冷成形专用钢0Cr4NiMoV (L J)。下面介绍两个典型钢种。,（1）0Cr4NiMoV (LJ) 钢 该钢含碳量很低，因而塑性优异、变形抗力低。钢中主加元素为铬，辅加元素为镍、钼、钒等。含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
4、及心部的强韧性。LJ 钢冷成形性与工业纯铁相近，用冷挤压法成形的模具型腔轮廓清晰、光洁、精度高。,LJ钢具有良好的锻造性能和热处理工艺性。退火硬度100105HBS，可顺利地进行冷挤压成形。该钢渗碳速度快，渗 层深度比20钢深一倍。热处理后表面硬度为5860HRC，心部硬度为27 29HRC，热处理变形微小。 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。由于渗碳淬硬层较 深，基体硬度高，不会出现型腔表面塌陷和内壁咬伤现象，使用效果良好。,(2) 12CrNi3A钢 12CrNi3A钢是传统的中淬透性合金渗碳钢，该钢含 碳量较低，加入镍、铬合金元素，以提高钢的淬透性和渗碳层
5、的强韧性。与其它冷成形塑料模具钢相比，该钢的冷成形性属 于中等。 该钢锻造性能良好，锻后必须经软化退火，退火后的硬度l60HBS， 适于冷挤压成形。12CrNi3A钢也可用来制造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，正火后硬度 229HBS，切削加工性良好。 12CrNi3A钢多采用气体渗碳工艺，渗碳和淬火后表层硬度可达56 62HRC，心部硬度为: 250380HBS，变形微小。 12CrNi3A钢主要用于冷挤压成形的形状复杂的浅型腔塑料模具和大、中型切削加工成 形的塑料模具。,2.淬硬型塑料模具用钢 负荷较大的热固性塑料模和注射模，要求型腔表面应有高耐磨性，模具
6、基体具有较高强度、硬度和韧性，以避免或减少模具在使用中产生塌陷、变形和开裂现象。 这 类模具可选用淬硬型塑料模具用钢来制造。常用的冲硬型塑料模具钢有:碳素工具钢、低合金冷作模具钢、 Crl2型钢、高速钢、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4550HRC以上。,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，利用其淬透性低的特点来制造要求表面耐磨而心部有 一定韧性的凹模是十分适宜的; 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; Cr12MoV钢适于制造
7、要求高耐磨性的大型、复杂和精密的塑料模; W6Mo5Cr4V2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。 GD钢是近年新推广使用的一种淬硬型塑料模具钢。该钢强韧性高、淬透性 和耐磨性好，淬火变形小，成本低，可取代Cr12MoV钢或基体钢制造大型、高耐磨、高 精度塑料模，降低了成本，且提高了模具的使用寿命。,3.预硬型塑料模具用钢 所谓预硬钢就是供应时己预先进行了热处理，并使之达到模具使用态硬度，该硬度变化 范围较大，较低硬度为2535HRC，较高硬度为4050HRC。在这些硬度条件把模具加工成 形不再行热处理而直接使用，从而保证了模具的制
8、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，从而制得易切削预硬化钢，它们可使模具在较高 硬度下顺利完成各种切削加工过程。 有些预硬化钢可以在模具加工成形后 进行渗氮处理，在不降低基体使用硬度的前提下使模具的表面硬度和耐磨性显著提高。,1）3Cr2Mo (P20) 系列钢 表4-4 是3Cr2Mo (P20) 系列钢的主要钢种及化学成分。从表中可以看出，该系列钢属于中碳低合金钢。,1) 3Cr2Mo钢 该钢与美国通用型塑料模具
9、钢P20是同类型钢。钢材具有高的洁净度，镜面抛光性好，力学性能 均匀。该钢含铬、钼量较高，故淬透性好。该钢通常采用调质预硬处理，预硬硬度为3036HRC。 为了增加表面耐磨性，可以在成形加工后进行表面处理，如镀铬、渗氮处理等。 该钢主要用 于中、小型或大型的复杂、精密塑料模。,2) 3Cr2NiMo (14410) 钢 该钢是P20 的改进型，由于镍的作用，具有更高的淬透性、强韧性和抗浸蚀性。该钢洁净度高，组织致密，镜面抛光性好，粗糙度达到Ra0. 010. 005m。 该钢调质预硬化硬度为3236HRC ，具有良好的车、镜、磨等加工性能。该钢可采用火焰淬火，使局部表面淬硬至5662HRC ，
10、以增加模具的使用寿命。该钢焊接性良好，模具局部损坏可用补焊法修补。 P4410 表面镀铬后，镀层与基体金属结合良好，表面硬度可达1000HV ，可显著提高模具的耐磨性和耐蚀性。 P4410 钢综合力学性能好，主要用于优质预硬型截面厚度250mm 的塑胶模具，如大型塑料制品、电视机外壳、洗衣机面板等。,3) 4Cr2MnNiMo (718)钢 718是瑞典的通用型塑料模具钢，同样是P20的改进型。该 钢的成分、特性与P4410相近，实际上P4410也可以说是国内仿718的研制品，因主要用于截面厚度400mm的模具。 4) P20S、P20Ca钢 为了改善3Cr2Mo钢的切削加工性能，将钢中的硫的
11、质量分数提高 至0.10%或向钢中加入少量的钙，从而研制出易切削的P20S、P20Ca钢。 这两种钢的预硬化 后硬度为3638HRC，抗拉强度为1330MPa，伸长率大于8. 8，断面收缩率大于43。在 预硬态下，这两种钢的切削加工性能明显优于45钢和3Cr2Mo钢，并且有良好的磨削和表面 抛光性能。,(2) 5CrNiMnMoVSCa (5NiSCa)钢 该钢属于硫、钙复合系易切削预硬化模具钢，采用了 喷射冶金技术，消除了硫化物分布不均导致的有害影响，有效地提高了该钢的韧性、均 匀性和等方向性。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
12、具镜 面的能力。 5NiSCa钢预硬化处理后的硬度为3545HRC，预硬状态下，可顺利地进行各种机械 加工，镜面抛光后粗糙度可以达到Ra0. 050. 025m。抛光后的模具，应及时镀铬或渗氮处理，既保护型腔表面，又增加表面硬度和耐磨性。 5NiSCa钢预硬化后强韧性较高，可用于制作型腔复杂，精密的大、中、小型注射模、橡胶模和胶木模等。模具 质量和寿命超过P20，接近进口模具的先进水平。,(3) 8Cr2MnWMoVS和Y55CrNiMnMoV (SM） 8Cr2Mn WMo VS钢为高强韧性冷作模具钢，具有高强韧性、良 好的切削加工性和表面处理性能，镜面抛光性能也好。该钢不仅用来制作精密的冷
13、作模具，而 且经预硬化后还可以用来制作精密塑料和肢木模型腔零件。不足之处是抗腐蚀性较差。 SM钢也是一种含硫系易切削塑料模具钢，其特点是预硬态交货，预硬硬度为35 40HRC，在此硬度下，仍具有较好的切削加工性，模具加工后不再进行热处理而直接使用。此 钢还具有耐蚀性较好和可渗氮等优点。,除了上述的以3Cr2Mo为代表的一批塑料模具专用预硬化钢之外，具有中碳成分的某些 合金结构钢、合金工具钢和优质碳素钢，如40Cr、38CrMoAl、5CrMnMo、4Cr5MoSiVl、45、 50、55钢等也时常被作为这类钢来使用。 合金钢一般在调质状态下使用，碳素钢多在正火状 态下使用，其中45和40Cr钢由于货源充足、价格便宜用途较广，在我国也是用于塑料模的 主要钢种之一。,课堂小结,1、塑料模具用钢种类。 、渗碳型塑料模具用钢（、 12CrNi3A）。 、淬硬型塑料模具用钢 、预硬型塑料模具用钢（系列、 5NiSCa、 8Cr2Mn WMo VS、 SM）,作业,1、何为预硬钢？典型钢种有哪些？,
