塑料模具钢

XXX选材及工艺制订

×××

（中国石油大学机电工程学院材料系 ×××班级）

1、XXX的服役条件

2、XXX的技术要求

3、XXX的成分特点（成分设计、合金化原理）

4、XXX的工艺规范

5、参考文献

塑料模具钢选材及工艺制定

潘姝静

（中国石油大学机电工程学院材料系 1201班级）

一、塑料模具钢的服役条件

1)工作温度：不论是热固性塑料成型还是热塑性塑料成型都是在加热和加压过

程中完成的。一般而言，其压制成形温度不高，通常是在200~250︒C。

2)受力情况：对于普通热塑性注射模具,其型腔承受的成形压力约为25~45MPa;

对某些热塑性工程塑料的精密注射模，成形压力有时可达100MPa；对热固性注射模，型腔承受的成形压力约为30~70MPa。

3)摩擦磨损：注射模和浇注系统会受到熔融塑料对其流动摩擦和冲击;脱模时还

受到固化后的塑料对其产生的刮磨作用。这些都导致模具型腔表面发生一定程度的磨损,特别是在成形带有玻璃纤维等硬度填料的塑料时,磨损现象更加严重。

4)腐蚀作用：高温塑料分解后挥发出腐蚀性气体,如成形聚氯乙烯、阻燃型或难

燃型塑料(如难燃型ABS等)以及氟塑料时,高温分解出的HCl、SO2和HF等气体均对模具型腔产生腐蚀作用。

二、塑料模具钢基本性能要求：

(一)失效分析

塑料模具的主要失效形式有磨损失效，有时也会发生局部塑性变形失效、断裂失效等。

1)磨损失效

主要表现为尺寸磨损超差，粗糙度值因拉毛而变高，表面质量恶化。尤其是固态物料进入型腔时加剧磨损，另外塑料加工时含有氯、氟等成分而受热分解出HCl、HF，会腐蚀型面产生腐蚀磨损，形成表面侵蚀失效。

2)塑性变形失效

当塑性变形引起表面皱纹凹陷、麻点、棱角堆塌超过要求限度而造成失效。其原因主要有超载；持续受热；周期受压、应力分布不均匀；模具型面硬化层过薄；变形抗力不足；回火不充分等因素造成的。

3)断裂失效

它的危害性较大，主要发生在塑料模形状复杂，多棱角薄边，应力集中严重而韧

性严重不足处。有时合金工具钢不充分回火也可发生。

(二)满足工作条件要求

1)强韧性：

较高的硬度、足够的硬化深度、心部要有足够的强韧性，以免发生脆断及塑性变形。模具的韧性主要取决于材料的含碳量、晶粒度及组织状态。

2)耐磨性：

由于表面磨损是模具的主要失效形式之一,因此模具应当有足够的硬度,以保证模具的耐磨性,保证模具的寿命。通常需要选择合适的材料和恰当的热处理方法来满足硬度的要求。一般情况下，模具零件的硬度越高，磨损量越小，耐磨性也越好（一般为45HRC 以上）。但当硬度达到一定值时,硬度对耐磨性的提高作用就不明显。另外，耐磨性还与材料中碳化物的种类、数量、形态、大小及分布有关。型腔表面硬度要求30~60HRC，淬硬性>55HRC。

3)高温性能：

模具材料应具有较高的抗回火稳定性，以保证模具在工作温度下，具有较高的硬度和强度。

4)耐冷热疲劳性能：

有些模具在工作过程中处于反复加热和冷却的状态，使型腔表面受拉、压力变应力的作用，引起表面龟裂和剥落，增大摩擦力，阻碍塑性变形，降低了尺寸精度，从而导致模具失效。这类模具应具有较高的耐冷热疲劳性能。

5)机械加工性能好：

具有良好的镜面抛光性能和表面图案光蚀性，塑料制品的表面粗糙度值要求很低,因此模具的表面必须加工成镜面,这就要求该钢中的夹杂物要少,偏析小,组织致密。

6)耐蚀性：

有的塑料模具钢还要求有一定的耐蚀性。

(三)满足工艺性能要求：

模具的制造一般都要经过锻造、切削加工、热处理等几道工序。为保证模具的制造质量，降低生产成本，其材料应具有良好的可锻性、切削加工性、淬硬性、淬透性及可磨削性；还应具有小的氧化、脱碳敏感性和淬火变形开裂倾向。

1)可锻性：

具有较低的热锻变形抗力，塑性好，锻造温度范围宽，锻裂冷裂及析出网状碳化物倾向低。

2)减少热处理变形影响：

由于注塑零件形状往往比较复杂,塑料模具在淬硬后很难加工,有时甚至无法加工。为了提高硬度,必须进行热处理。要采取适当的措施来减低热处理变形的影响,对于必须在热处理后进行加工的模具,导热性能好，线胀系数小，热处理变形小，金相组织和模具尺寸稳定。

3)退火工艺性：

球化退火温度范围宽，退火硬度低且波动范围小，球化率高。

4)氧化、脱碳敏感性

高温加热时抗氧化怀能好，脱碳速度慢，对加热介质不敏感，产生麻点倾向小。

5)淬硬性：

淬火后具有均匀而高的表面硬度。

6)淬透性：

淬火后能获得较深的淬硬层，采用缓和的淬火介质就能淬硬。

7)淬火变形开裂倾向：

常规淬火体积变化小，形状翘曲、畸变轻微，异常变形倾向低。常规淬火开裂敏感性低，对淬火温度及工件形状不敏感。

8)对使用冷挤成型工艺加工的塑料模具，要求材料有较好的冷挤压成型性，退

火后硬度要低。

三、塑料模具钢的成分特点及工艺规范

三.1渗碳型塑料模具钢

主要用于冷挤压成形的塑料模具。为了便于冷挤压成形，这类刚钢在退火态需要有高的塑性和低的变形抗力，因此，对这类钢要求有低的或超低的碳含量。

此类钢国内常采用工业纯铁（如DT1、DT2）、20、20Cr、12CrNi3A和12Cr2Ni4A 钢，以及冷成形专用钢0Cr4NiMoV(LJ)。

三.1.10Cr4NiMoV(LJ)钢

1)化学成分

C：<0.08%

Cr：3.6%~4.2%

Mn：<0.3%

Si：<0.2%

Ni：0.3%~0.7%

Mo：0.2%~0.6%

V：0.08%~0.15%

钢中主要元素为铬，辅助元素为镍、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。

a)锻造工艺。加热温度为1230︒C，始锻温度为1200︒C，终端温度为900︒C。

b)退火工艺。加热温度为880︒C，保温2h，随炉缓冷至（冷速约40︒C/h）

650︒C后出炉空冷，退货硬度为100~105HBS，可顺利地进行冷挤压成

形。

c)固体渗碳工艺。加热温度为930︒C，保温6~8h，渗碳后在850~870︒C

油淬，再进行200~220︒C保温2h的低温回火，热处理后表面硬度为

58~60HRC，心部硬度为27~29HRC，热处理变形微小。LJ钢渗碳速度快，

渗层深度比20钢深1倍。

三.1.212Cr2Ni4A

1)化学成分

C：<0.08%

Ni：2.75%~3.25%

Cr：0.6%~0.9%

Mn：0.3~0.6%

Si：0.17~0.37%

S、P：各<0.025%