第4章 塑料模具钢及其热处理
塑料模具钢选择及热处理
热处理质量控制
热处理工艺的选择：根据塑料模具钢的种类
01
和性能要求选择合适的热处理工艺
温度控制：严格控制热处理过程中的温度，
02
确保达到预定的工艺要求
时间控制：准确控制热处理过程中的时间，
03
确保达到预定的工艺要求
冷却方式：选择合适的冷却方式，确保塑料模
04
具钢的热处理质量达到预定的工艺要求
2
正火：将塑料模具 钢加热到一定温度， 保温一定时间后冷 却，以改善组织， 提高硬度和强度。
5
调质：将塑料模具 钢加热到一定温度， 保温一定时间后冷 却，以获得良好的
综合力学性能。
3
淬火：将塑料模具 钢加热到一定温度， 保温一定时间后快 速冷却，以获得高 硬度和高耐磨性。
6
化学热处理：将塑 料模具钢加热到一 定温度，保温一定 时间后冷却，以获 得良好的耐磨性和
演讲人
目录
01. 塑料模具钢的选择 02. 塑料模具钢的热处理 03Байду номын сангаас 塑料模具钢的应用
1
塑料模具钢的性能要求
耐磨性：塑料模具钢需要具有良好的耐磨性， 以抵抗塑料的磨损和磨损。
耐腐蚀性：塑料模具钢需要具有良好的耐腐 蚀性，以抵抗塑料的腐蚀和腐蚀。
抗冲击性：塑料模具钢需要具有良好的抗冲 击性，以抵抗塑料的冲击和冲击。
寸符合要求
塑料模具钢的应用实例
STEP1
STEP2
STEP3
STEP4
汽车行业：用 于制造汽车零 部件，如保险 杠、车门等
家电行业：用 于制造家电外 壳，如冰箱、 洗衣机等
电子行业：用 于制造电子产 品外壳，如手 机、电脑等
建筑行业：用 于制造建筑构 件，如门窗、 栏杆等
塑料模具材料及热处理
塑料模具材料及热处理用于塑料注射成型的模具称为塑料模具或塑料注射模具。
塑料模具由钢板和其他模具组件的组合制成，耦合形成一个整体模具，然后将其可靠地组装并安装在注塑机中，然后将热塑性树脂施加到所需的形状以实现预期目的。
大多数塑料制品由塑料模具模制而成，根据塑胶成型特性，塑胶模具分为热固性模具和热塑性塑料模具。
就其本质而言，注塑模具在进行成型过程时必须同时满足多种需求。
为了形成具有模腔形状的塑料部件，模具必须在模腔内包含聚合物熔体。
热量从热聚合物熔体传递到较冷的模具钢中，以使注塑成型产品尽可能均匀和廉价。
最后，模具可对零件进行相当可重复的顶出，从而使后续成型更加高效。
模具钢的选择对于塑料应用的成功至关重要，就像树脂的选择对其生产的塑料部件的性能要求一样。
正如树脂的配方是满足塑料应用中的性能要求一样，钢也经过合金化以满足特定的性能要求。
一些应用可能需要具有高硬度和耐磨性的模具钢，以提高分型线的耐用性，而其他应用则需要具有更高韧性的模具钢，以抵抗机械疲劳。
一般来说，具有较高硬度和耐磨性的注塑模具材料往往是那些更脆的材料，并且在几乎所有情况下，具有更高韧性的钢将降低对钢对钢磨损（粘合剂磨损）的抵抗力以及对含有玻璃纤维或矿物填料的树脂的耐磨性。
例如，模具制造商可能会为可能对大多数其他钢材具有腐蚀性的树脂选择不锈钢。
使用硬度较高的钢（洛氏硬度55或更高），以及钢对钢关闭产生取芯的地方，分型线的完整性通常会更大。
一个或两个钢面的硬度范围应为罗克韦尔55至罗克韦尔58。
为了防止玻璃或矿物填充树脂的磨损，建议考虑将A-2，D-2或M-2钢的浇口嵌件与耐磨钢一起插入浇口对面的模芯中。
P-20钢虽然没有用于塑料塑料注塑模具的"通用"钢，但P-20钢一直被视为该行业的主力军。
在Rc30-32的预硬化状态下提供，它非常坚韧，但相当容易加工。
在型腔尺寸超过12x12x12英寸（303.6×303.6×303.6mm）的应用中，它是一种很好的钢，因为这种尺寸的热处理块的成本和相关风险可能令人望而却步。
对塑料模具钢的要求及热处理
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：⑴.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—840~8800C，油冷，回火—600~6500C，空冷，硬度—28~33HRC。
⑵.美国（AISI、SAE）推荐的P20钢渗碳后的热处理工艺：淬火—820~8700C，回火—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≤265HBS。
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。
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400~5000C后，进行焊接。
焊接后及时消除应力退火，工艺为600~6500C，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180~2000C，保温时间2~4小时。
塑料模材料及热处理
易切削预硬钢
• 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 • 分类：S → 条状MnS，软质点→ S-Ca Pb→球形软质点→有毒 S-Re Se →球形软质点 Ca → 低熔点Ca-Al-Si共晶化合物， 硬质点软化、润滑。
二、12CrNi3钢
• 中淬透性合金渗碳钢．冷成形性能属于中等。 • 合金化原则：碳↓→有利于冷成形；加入Ni、Cr↑钢的淬 透性和渗碳层的强韧性，尤其是Ni ，在固溶强化的同时。 ↑↑钢的塑性。 • 锻造工艺：加热温度为1200℃，始锻温度1150 ℃ ，终锻 温度≥850 ℃ ，锻后缓冷。 • 退火工艺为：加热到740-760 ℃，保温4-6h，以5-10 ℃ ／h的速度缓冷至600 ℃ ，再炉冷至室温。退火后的硬度 ≤160HBS便于冷挤压成形。 • 若切削加工制模，须经正火处理。正火工艺为：加热到 880－900 ℃ ，保温3-4h后空冷。正火硬度≤229HBS，切 削加工性能良好。 －－注：硬度↑，切削↑
第四节 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。 →预硬型塑料模具钢 • 特点→完全避免了因热处理而引起的模具 变形和开裂。 • 模块、模板、中厚板 • 预硬钢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。
C、Si、Mn、Cr、Ni、 Mo、
渗碳型塑料模具钢的热处理
直接淬火→节能 一次淬火 二次淬火 低温回火→通常为200 ℃左右 使模具获得高的硬度、强度，一定的塑、韧性， 保证了模具的使用性能，↑模具的寿命。 渗碳后一般应先缓冷，然后进行一次淬火。淬 火温度应根据需要进行选择，通常控制在810－ 850 ℃之间，使模具表面和心部组织同时得到改 善。 渗碳 热处理→ 淬火→
浅谈塑料成型模具钢材的选用和热处理
近 年 来 我 国 制 造 也 得 飞 速 发 展 ， 模 应 优 选 工 艺 性 能 好 ， 能 稳 定 和 使 用 寿 命 而 性 （） ２ 耐磨 塑料 模 具 钢 。 ｃ ５ Ｓ Ｖｌ 如４ ｒ Ｍｏ ｉ 、 Ｃｒ ２ ｏ Ｃｒ ２ ｌ 等 。 １Ｍ Ｖ、 ｌ ＭＯ Ｖｌ 具 制 造 业 更 是 如 此 。 具 制 造 业 的 首 要 问 长 的 钢 种 。 模 （ ） 光 性 能 优 良 。 料 模 具 的 型腔 允 ２抛 塑 （ ） 碳 型 塑 料 模 具 钢 。 常 用钢 号 如 ３渗 如 题 就 是 模 具 材 料 ， 具 材 料 直 接 影 响 模 具 模 的 质 量 及 模 具 产 品 的 质 量 。 料 模 具 是 模 许 的 表 面 粗 糙 度 值 非 常小 ， 要 达 到 镜 面 美 国Ａ Ｔ 塑 而 Ｓ Ｍ— ８ 的标 准 钢号Ｐ ～Ｐ ； Ａ６ ｌ ２ ６ 国际 具 中的 一 个 不 可忽 视 的 分 支 。 此 ， 国对 的 光 泽 ， 料 的 硬 度 应 适 合 ， 好 为 ４ 标 准 化 组 织 Ｉ 因 我 材 最 ０～ ｓ０标 准 中 的 ５ Ｍ ４、 ｒ Ｏ Ｃ 塑料成型模具材料需 求量越来越 大 ， 同时 ４ ＨＲｃ， ６ 而且 钢材 中的 夹 杂 物 尽 量 少 。 ７ ＭＯ ； 国 常用的２ Ｃｒ Ｎｉ 我 ０Ｃｒ ｌ Ｎｉ 、 ２Ｃｒ ２、 ２ Ｎｉ 、 ０ Ｍｎ 、０Ｃ ２ ４ 还 对 材 料 的 质 量 、 能 、 种 规 格 等提 出 了 性 品 （） ３ 良好 的 表 面 腐 蚀 加 工 性 。 多 成 型 １ Ｃｒ ３ ２ Ｃｒ Ｔｉ２ ｒ Ｎｉ等 。 很 这 （） ４ 耐蚀 型塑料模 具钢 。 ｎ Ｃ ｌ 、 Ｃ ｌ 、 ￣ ２ ｒ ３ ３ ｒ ３ 越 来 越 高 的 要 求 。 于 我 国 的模 具 材 料 需 的 塑 件 表 面 为 各 种 其 他物 质 的 花 纹 ， 就 由 Ｃ ７Ｎ ２、４Ｃ ｌ３、９Ｃｒ１８ Ｏ３Ｃｒｌ ｒ Ｍ ７Ｍ Ｏ、 求 量 之大 ， 费 量大 ， 以 国内 的 模具 使 用 要 求 钢材 质地 细 而 均 匀 ， 腐 蚀 ， 则腐 蚀 ｌ ｒ１ ｌ 浪 所 耐 否 的 进 Ｆ的 较 少 ， Ｉ 一般 都 是 国产 的 。 用钢 的 后 效 果 及 不 佳 。 利 ５ ｒ Ｍ ｏ 国 外 改 良发 展 的一 些 新 钢 种 Ｃ １ ７ Ｖ； 合 金 化成 分 设 计 原 理 结 合 我 国 冶 金技 术 的 （ ） 磨 性 和 韧 性 好 。 料 模 具 长 期承 ＢＯＨＬＥ ４耐 塑 Ｒ的Ｍ３ ０ Ｍ３ Ｏ 美 国的４ ０ ０、 １， ２ ＭＯＤ， ＴＡＶＥ Ｘ等 。 特 点 合成 一 种 新 的 钢 种 和 引 进 国外 材 料 先 受 热 交 变 负 荷 和 摩 擦 ， 擦 性 和 韧性 不够 Ｓ 摩 （ 高 镜 面 塑 料 模 具 钢 。 ３Ｃｒ ＭＯ、 ５） 如 ２ 进 、 能 优 良的 钢种 ， 行 国产 化 研制 是 我 必 然 会 出现 开 裂 。 性 进 Ｍ Ｓ５５Ｃ ４Ｃ Ｖ 国主要的两种开发研制模具钢 的方法 。 （） 处 理 性 能 好 ， 变 形 小 。 ５热 热 塑料 模 型 ３Ｃ ｒ２Ｎ ｉ ｎＭ Ｏ 、 ， ｒ５Ｍ ＯＳｉ ｌ、 腔 都 要 经过 热 处 理 ， 就 要 求 其 材 料 热 处 Ｃ ｌＭ ｏ Ｖ１ ２ Ｃ Ｎ ３ Ａｌ ， 这 ｒ ２ １ 、 ５ ｒ ｉＭｏ 等 或马 氏体 时 １ 塑料模具钢应该具备 的性 能 理性能好及 热变形小 。 效钢 ， ８ ｉ ５ ）ｌ Ｎｉ ０ ） 低镍 马 氏时 如ｌ Ｎ （ ０ 、 ８ （ ０及 ２ ３ 不管 是 五 金 模 具 还 是 塑 料 模 具 ， 具 模 （） 热 性 好 ， 膨胀 系数 低 。 ６耐 热 由于 塑料 效钢 ０ Ｎｉ Ｃ Ｍｏ ｉ 。 ６ ６ ｒ ＶＴ Ａｌ 等 对 钢 材 的 要 求 都 非 常 高 ， 为钢 材 的 性 能 模 具 要 承 受 塑 料 流 体 的 高 温 。 因 （） ６ 无磁 塑 料模 具 钢 。 １ —８ 锈钢 ， 如 不 ８ Ｍ ｌ奥 或 如７ ｌ ｒ ５ 直 接影 响 模 具 寿 命 ， 工的 难 易 程 度 ， 加 模具 （ ） 接 性 能 好 。 些 结 构 复 杂 的 制 品 ｎ ３ 氏体 钢 ， 无磁 模 具钢 ， Ｍｎ Ｃ ２ ７焊 有
塑料模具材料热处理
塑料模具零件的热处理工艺选用不同品种钢材作塑料模具，其化学成分和力学性能各不相同，因此制造工艺路线不同；同样，不同类型塑料模具钢采用的热处理工艺也是不同的。
本节主要介绍塑料模具的制造工艺路线和热处理工艺的特点。
一、塑料模具的制造工艺路线1.低碳钢及低碳合金钢制模具例如，20，20Cr，20CrMnTi等钢的工艺路线为：下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→冷挤压成形→再结晶退火→机械精加工→渗碳→淬火、回火→研磨抛光→装配。
2.高合金渗碳钢制模具例如12CrNi3A，12CrNi4A钢的工艺路线为：下料→锻造模坯→正火并高温回火→机械粗加工→高温回火→精加工→渗碳→淬火、回火→研磨抛光→装配。
3.调质钢制模具例如，45，40Cr等钢的工艺路线为：下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→调质→机械精加工→修整、抛光→装配。
4.碳素工具钢及合金工具钢制模具例如T7A~T10A，CrWMn，9SiCr等钢的工艺路线为：下料→锻成模坯→球化退火→机械粗加工→去应力退火→机械半精加工→机械精加工→淬火、回火→研磨抛光→装配。
5.预硬钢制模具例如5NiSiCa，3Cr2Mo（P20）等钢。
对于直接使用棒料加工的，因供货状态已进行了预硬化处理，可直接加工成形后抛光、装配。
对于要改锻成坯料后再加工成形的，其工艺路线为：下料→改锻→球化退火→刨或铣六面→预硬处理（34~42HRC）→机械粗加工→去应力退火→机械精加工→抛光→装配。
二、塑料模具的热处理特点（一）渗碳钢塑料模的热处理特点1.对于有高硬度、高耐磨性和高韧性要求的塑料模具，要选用渗碳钢来制造，并把渗碳、淬火和低温回火作为最终热处理。
2.对渗碳层的要求，一般渗碳层的厚度为0.8~1.5mm，当压制含硬质填料的塑料时模具渗碳层厚度要求为1.3~1.5mm，压制软性塑料时渗碳层厚度为0.8~1.2mm。
渗碳层的含碳量为0.7%~1.0%为佳。
若采用碳、氮共渗，则耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化、防粘性就更好。
模具材料与热处理第四章 模具钢的热处理
第一节
冷作模具钢的热处理
表4-8 常用高碳高铬钢的化学成分及临界温度
① 分别代表C、Mn、Si、Cr、Mo、V的质量分数。 1)预先热处理：锻压后退火用于消除内应力、降低硬度、 改善切削加工性(若需较低硬度时可补充一次高温回火)。 2)淬火：以获取淬火马氏体或下贝氏体组织，提高模具硬 度和耐磨性。
表4-11 常用高碳中铬冷作模具钢热处理工艺规范
第一节 冷作模具钢的热处理
(2)高碳中铬钢的应用 该类钢种相对于偏析较严重的高碳 高铬钢来说性能有所改善，因此适于制造重负荷、高精度 的冷作模具。 3.高速钢 (1)高速钢的热处理 具有很高的硬度、抗压强度和耐磨性， 采用低温淬火等工艺措施后可有效改善其韧性。 表4-12 常用高速钢的化学成分及临界温度
第一节 冷作模具钢的热处理
3)回火：以改善力学性能，消除淬火应力，稳定组织。 表4-9 常用高碳高铬冷作模具钢热处理工艺规范
表4-9 常用高碳高铬冷作模具钢热处理工艺规范
(2)高碳高铬钢的应用 Cr12钢是一种应用广泛的冷作模
第一节பைடு நூலகம்冷作模具钢的热处理
具钢，该钢种具有较好的淬透性和良好的耐磨性，但由于 含碳量过高，冲击韧性较差，易产生脆裂。 2.高碳中铬钢 (1)高碳中铬钢的热处理 这类钢含铬量较低，碳化物分布 均匀，耐磨性好，热处理变形小，淬透性高。 表4-10 常用高碳中铬钢的化学成分及临界温度
第一节 冷作模具钢的热处理
(2)淬火 以获取淬火马氏体，使模具具有高硬度和耐磨性。 (3)回火 以改善力学性能，消除淬火应力。 表4-2 常用碳素冷作模具钢等温退火工艺规范
表4-2 常用碳素冷作模具钢等温退火工艺规范
第一节 冷作模具钢的热处理
表4-3 常用碳素冷作模具钢球化退火工艺规范
浅谈塑料成型模具钢材的选用和热处理
浅谈塑料成型模具钢材的选用和热处理摘要：塑料是20世纪人类重大的发明，它的出现和广泛使用，给我们的生活带来了极大的方便，为人类的物质文明谱写了新的篇章。
不管是在工业生产中还是在我们的生活中，塑料产品无处不在。
而生产的塑料产品的工具即注塑模具，它在这种生产关系中起到至关重要的作用。
塑料经过塑化成高温的流态状液体，注射到模具中，进过冷却成型，脱模等工序最后成制品。
在这个过程中，塑料在成型时因分子的拉伸和剪切，在制品中会留下残余应力，这种残余应力会导致不但会使制品变形而且会使模具变形甚至开裂。
所以注塑模具对钢材的要求非常高，模具钢材的选择对模具寿命，加工性，精度影响都非常大。
本文主要简述了注塑模具模具钢的性能，选用，常用钢材，塑料模具钢的热处理等方面。
关键词：模具材料模具钢模具钢性能模具钢热处理近年来我国制造也得飞速发展，而模具制造业更是如此。
模具制造业的首要问题就是模具材料，模具材料直接影响模具的质量及模具产品的质量。
塑料模具是模具中的一个不可忽视的分支。
因此，我国对塑料成型模具材料需求量越来越大，同时还对材料的质量、性能、品种规格等提出了越来越高的要求。
由于我国的模具材料需求量之大，浪费量大，所以国内的模具使用的进口的较少，一般都是国产的。
利用钢的合金化成分设计原理结合我国冶金技术的特点合成一种新的钢种和引进国外材料先进、性能优良的钢种，进行国产化研制是我国主要的两种开发研制模具钢的方法。
1塑料模具钢应该具备的性能不管是五金模具还是塑料模具，模具对钢材的要求都非常高，因为钢材的性能直接影响模具寿命，加工的难易程度，模具的精度，后期使用中对制品的性能影响等影响很大。
塑料模具钢对性能的要求内容因模具的结构，，模具的寿命，成型制品的塑料料，成型品的性能，外观，尺寸精度而要求也不同，但一般应满足如下要求：1）机械加工性能优良。
由于塑料模具制造成本高，材料只占模具成本的一小部分，因此在选钢材时，在满足性能要求下，应优选工艺性能好，性能稳定和使用寿命长的钢种。
热作模具钢及热处理
性和高的耐磨性。
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4.2热作模具钢及热处理规范
常用的热挤压模具用钢是钨系热作模具钢和铬系热作模具钢，
还有铬钼系、钨钼系和铬钼钨系等新型的热作模具钢以及基体钢等。
钨系热作模具钢的代表性钢种为传统的3Cr2W8V钢，由于其耐
热疲劳性较差，在热挤压模方面的应用将逐渐会减少，但在压铸模 方面的应用较多，故在压铸模用钢中对其作详细介绍。
模具钢。HM1钢适合制造镦锻、压力机锻造、挤压等热作模具，模具
的使用寿命较高，是目前国内研制的工艺性能好，使用面广，具有 较广应用前景的新钢种之一。
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4.2热作模具钢及热处理规范
4. 3Cr3Mo3VNb（HN3）钢 NH3钢是参照国外H10钢和3Cr3Mo系热作模具钢，结合我国资源
（1）较高的高温强度和良好的韧性。热作模具，尤其是热锻
模!工作时会承受很大的冲击力，而且冲击频率很高，如果热作模具
钢没有高的强度和良好的韧性，就容易开裂。
（2）良好的耐磨性能。由于热作模具工作时除受到毛坯变形
时产生摩擦磨损之外，还受到高温氧化腐蚀和氧化铁屑的研磨，所 以需要热作模具钢有较高的硬度和抗粘附性。
模具表面产生网状或放射状的热疲劳裂纹，以及模腔磨损或严
重偏载、工艺性裂纹导致模具开裂。
因此，热锻模应具有较高的高温强度和韧性，良好的耐磨性和
耐热疲劳性，由于锤锻模尺寸比较大，还要求锤锻模用钢具有高的 淬透性。这就是热锻模的工作条件，正是这种工作条件，要求这类
模具钢应具有下列基本性能：
（1）淬透性高,以保证这种大型模具沿整个截面具有均匀一致
碳化物形成元素含量低，二次硬化效应微弱，所以热稳定性不高。
塑料模具钢的选择及热处理
4、预硬型塑料模具钢 预硬型模具钢是为了解决大型模具的淬火问题 而出现的。可用来制造各种尺寸的模具，尤其 是复杂的塑料模具。
材料的供货状态为热处理状态，即材料已具备 必要的使用性能。
可进行表面处理，提高材料的某些性能，特别 是耐磨性和耐腐蚀性。
材料在相应加工之后不需再进行热处理，因此 避免了变形问题。省掉了所有与热处理变形有 关的后续加工，保证了模具的制造精度。
精度高、超镜面，用于大型、复杂的模具。
ห้องสมุดไป่ตู้
6、耐蚀塑料模具型钢
在加工的过程中，有些塑料可能会分解出有腐 蚀性的物质，比如盐酸、醋酸等。在通常情况 下，可以将模具进行电镀处理，使表面覆上一 层保护层，比如铬层、镍层等。但是这样的覆 层只有当覆层均匀、且模具上没有尖锐的棱边 时才能长期起作用。覆层不均匀、且模具上有 尖锐的棱边将导致覆层中出现内应力，在承受 负荷的过程中覆层脱落。此外在狭窄的凸起部 位，由于受到弯曲应力的作用，因此很容易脱 落。
马氏体时效钢可以进行表面处理，比如渗N处 理，但处理温度不允许超过480-500℃。 值得注意的是这种材料在硬度比较高（5358HRC）时仍然具有很高的韧性。
此外这类材料可以在不用预热的情况下与同类 材料良好焊接。
主要有18Ni类。
如果用来制造生产磨损较严重塑料（比如有添 加剂）的模具，建议将材料进行表面渗N处理。
渗碳钢经过必要的处理后，表面具有较高的硬 度并且耐磨性很好，同时芯部具有良好的韧性。 由于表面具有较高的硬度，因此材料的抛光性 能很好。
为了达到表面硬度较高的目的，需要经过渗碳 处理以提高材料表层的含C量。在通常情况下， 渗碳层的厚度在0,6-1mm之间，淬火后表面硬 度可以达到58-62HRC。由于处理方式比较复 杂，因此会产生一定的变形，也就是说，在渗 碳处理之后，必须采取一些后续加工措施。
塑料模具钢及其热处理
典型钢种： 3Cr2Mo（P20）钢 3Cr2NiMo（P4410）钢 8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）钢 5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）钢 Y55CrNiMnMoV（SM1）钢
Si
Mn
Cr
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： • 锻造工艺：加热1200℃，始锻1150℃，终锻850℃ • 退火工艺：740～760℃×4～6ｈ,以5～10℃／ｈ的速
度缓冷至600℃，再炉冷至室温 硬度＜160HBS，适于冷挤压成形。
表面58～60HRC，心部27～29HRC，变形微小。 3.实际应用：用冷挤压法成形制造塑料模具
LJ钢冷成形性与工业纯铁相近，模具型腔轮廓清晰、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。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）工艺性能良好 良好的冷、热加工性能及热处理工艺性能，制造简单方便
4.2 塑料模具材料的选用
2.模具材料选择时应考虑的因素 （1）模具的工作条件
压力的大小、冲击载荷的大小、工作温度及腐蚀情况等。
（2）模具的失效形式
塑性变形失效、磨损失效、疲劳及断裂失效。
（3）模具所加工的产品
塑料的种类、批量的大小、质量的高低、
（二）12CrNi3A钢 1.化学成分：中淬透性合金渗碳钢 该钢含碳量低，加入镍、铬合金元素，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， 明显增加钢的塑韧性。与其它冷成形塑料模具钢相比，该 钢的冷成形性属于中等。
第四章 塑料模具用钢及热处理
Cr2NiMo(P4410)
• ⑴ 性能特点 • 经860℃淬火，650℃回火后，P4410钢在硬度值为32 ～36HBC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56～62HRC，可延长模具使用寿命。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。
专业课
第四章 塑料模具 用钢及热处理
马红萍
重点
1.了塑料模具材料的服役条件、失效特点和性能要 求 2.合理地选择塑料模具材料及热处理工艺
Maniactive
第一节 塑料模具材料及性能要求
一、塑料模具材料 塑料制品成型模按塑料品种不同，可以分为两大类： 1) 热固性塑料压模（胶木模） 用于酚醛树脂、三聚氰胺 树脂等各种胶木粉（又称电木粉）的压制成型。 2) 热塑性塑料注射模 用于尼龙、聚甲醛、聚乙烯、聚丙 烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等各种热塑性塑料的注射成 型。
第二节 碳素结构钢
• SM45钢属优质碳素塑料模具钢，与优质的45碳素结 构钢相比，其钢中的硫、磷含量低，钢材的纯净度好 。由于该钢淬透性差，制造较大尺寸的塑料模具，一 般用热轧、热锻或正火状态，模具的硬度低，耐磨性 较差。制造小型塑料模具，用调质处理可获较高的硬 度和较好的强韧性。钢中碳含量较高，水淬容易出现 裂纹，一般采用油淬。该钢优点是价格便宜，切削加 工性能好，淬火后具有较高的硬度，调质处理后具有 良好的强韧性和一定的耐磨性，被广泛用于制造中、 小型的中、低档次的塑料模具 [1,2]。
预硬型塑料模具钢热处理
预硬型塑料模具钢热处理预硬型塑料模具钢的制造工艺线：对于直接使用购进的模块加工的模具，因钢材在供货状态已经进行了预硬化处理，模具可在加工成型后直接抛光、装配；或者在加工成型后，增加一道去应力退火，在进行抛光、装配。
对于要该锻成坯料后再加工成型的，其工艺路线为下料→改锻→球化退火→刨铣加工→预硬化处理（32—42HRC）→机械粗加工→去应力退火→机械精加工→抛光→装配。
预硬处理通常是采用淬火后高温回火（调质处理），固淬透性是预硬钢的一个重要工艺指标，淬透性的高低将直接影响模具的最终力学性能，在制定淬火工艺时必须了解。
在确定淬火温度时，可参考各种钢的临界点，某些预硬钢的临界点列于表1-1中。
预硬钢的高温回火（大于450℃）后的硬度，在毛坯大小一定的条件下，取决于钢的回火稳定性，这与钢的合金元素有关，可通过不同温度下的回火试验，测定钢的硬度与回火温度关系曲线作为参考。
高温回火后的冷却速度也要注意，对于某些预硬钢来讲，当其自高温回火温度缓慢冷却时，往往会产生回火脆化。
会产生回火脆化的钢，不仅室温下的冲击韧性较正常的钢低，而且使钢的脆性转变温度大为提高。
预硬钢在回火后，自高温回火温度快冷（油冷）可减小或消除脆性，但对于大的模块难以做到。
已经知道，钢加入一定的Mo或者W可有效抑制回火脆性，故对于大模块的预硬钢选材是一定要注意。
SM3Cr2Mo是我国最早列标的预硬模钢，相当于P20，预期相似的有德国40CrMnMo7、日本HPM2、瑞典618。
SM3Cr2Mo热处理工艺为850℃—880℃油淬，600℃—650℃回火（空冷），硬度28—33HRC。
美国P20钢推荐工艺为820℃—870℃油淬，150℃—260℃回火，硬度48—50HRC。
德国DIN40CRMnMo7与P20（3Cr2Mo）的化学成分很接近，只是Mn和Cr的含量有所提高，而Mo的含量有所降低。
该钢的淬火温度与P20也相近，为860℃—870℃。
塑料模具用钢及热处理共94页
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36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
塑料模具用钢及热处理
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
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1. 3Cr2Mo（P20）钢
（2）工艺性能
˙锻造：加热1100～1150℃，始锻1050～1100℃，
终锻≥850℃，锻后空冷。
˙退火：850℃×2～4h+720℃×4～6h，
500℃出炉空冷。
˙淬火及回火：860～870℃油淬，
540～580℃回火。 预硬态硬度为30～35HRC。
硬度100～105HBS，可顺利进行冷挤压成形。 • 渗碳：930℃×(6～8)ｈ,LJ钢渗碳速度快，渗层比20钢深一倍。 • 淬火：850～ 870℃油淬 • 回火：200～220℃×2ｈ
表面58～60HRC，心部27～29HRC，变形微小 。 3.实际应用：用冷挤压法成形制造塑料模具
LJ钢冷成形性与工业纯铁相近，模具型腔轮廓清晰、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。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。
介绍几种时效硬化型塑料模具用钢。 25CrNi3MoAl钢 18Ni类钢 06Ni6CrMoVTiAl（06Ni）钢 10Ni3MnCuAlMoS（PMS）镜面塑料模具钢 Y20CrNi3AlMnMo（SM2）钢
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4.2.1 几 种 典 型 塑 料 模 具 材 料 4.2.1.4 时 效 硬 化 型 塑 料 模 具 用 钢
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4.2.1 几种典型塑料模具材料
4.2.1.2 淬硬型塑料模具用钢
1.常用钢种 • 碳素工具钢：T7A、T8A • 高碳低合金冷作模具钢：9SiCr、9Mn2V、CrWMn、
GCr15、7CrSiMnMoV • 高耐磨冷作模具钢：Cr12、Cr12MoV • 高速钢：W6Mo5Cr4V2 • 基体钢和某些热作模具钢：65Nb等
4.3 塑料模具的热处理及实例 4.3.1 塑料模具的制造工艺路线 4.3.2 塑料模具的热处理特点 4.3.3 塑料模的表面处理
目录
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重点 1.了塑料模具材料的服役条件、失效特点 和性能要求 2.合理地选择塑料模具材料及热处理工艺
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4.1 塑料模具的工作条件与性能要求
塑料模具材料应具有的性能包括使用性能和工艺性能两方面。 4.1.1 塑料模具材料的使用性能要求 1.硬度、耐磨性和耐蚀性 2.强度、韧性和疲劳强度:注射压力30~200MPa，闭模压力1.5~2倍 3.耐热性：20~350℃ 4.尺寸稳定性 4.导热性 4.1.2 塑料模具材料的工艺性能要求 1.切削加工性和表面抛光性：预硬35~45HRC后切削加工 2.塑性加工性：冷挤压成型，超塑性热挤压成型 3.电加工性：电火花、线切割加工 4.热处理工艺性 4.表面处理工艺性 6.表面刻蚀性能和镜面加工性能：非金属夹杂物、基体硬度、组织均匀性的影响 7.焊接性能
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3. 8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）钢
（1）钢的特点 • 淬透性好,热处理变形小：空冷淬硬直径φ100mm以上，空淬硬度为61.5～
62HRC，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%。 • 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40～45HRC时，用高速钢或硬质合金刀具进行车、铣、 刨、镗、钻等加工，相当于碳钢调质态，硬度为30HRC左右的切削性能，远优 于Cr12MoV钢退火态硬度为240HBS时的切削性能。 • 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，最低表面粗糙度为Ra 0.1μm。 • 表面处理性能好：渗氮性良好，渗氮层达0.2～0.3mm，渗硼附着力强。 （2）应用
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4.2 塑料模具材料的选用
1.模具材料选择的基本要求
（1）综合性能优良 一定的硬度和耐磨性：使模具能够保持其形状和尺寸的稳定; 足够的强度和韧性：能承受一定的高压又能承受一定冲击载荷的作用; 一定的抗热性能：承受因强烈的摩擦而产生的局部高温。
（2）工艺性能良好 良好的冷、热加工性能及热处理工艺性能，制造简单方便
1. 25CrNi3MoAl钢 • 25CrNi3MoAl属低镍无钴时效硬化钢，这是参考
了美国P21钢的成分，并根据我国冶炼工业的特点 及使用厂对性能的要求加以改进而研制的一种新 型时效硬化钢，为我国时效硬化型精密塑料模具 专用钢种填补了空白。（低镍无钴，价格远低于 马氏体时效钢- 06Ni6CrMoVTiAl和18Ni系列钢 ） （1）化学成分及相变点 • 25CrNi3MoAl钢的化学成分见表3-13。
• 8Cr2S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个数量 级，表面粗造度低1～2级，使用寿命普遍高2～3倍，有的高十几倍。
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4. 5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）钢 易切削高韧性塑料模具钢
（5）模具的制造工艺 （6）现有的设备及技术水平
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4.2.1 几种典型塑料模具材料
4.2.1.1渗碳型塑料模具用钢 4.2.1.2淬硬型塑料模具用钢 4.2.1.3预硬型塑料模具用钢 4.2.1.4时效硬化性塑料模具用钢 4.2.1.5耐蚀型塑料模具用钢 4.2.1.6调质及其他塑料模具材料
20CrNiMo，DT1，DT2，0Cr4NiMoV 国外钢号：8416（瑞典）、P2、P4(美国) 重点介绍： 0Cr4NiMoV(LJ)钢、12CrNi3A钢
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2.工艺性能230℃，始锻：1200℃，终锻：900℃。 • 退火：加热880℃×2ｈ，炉冷至650℃出炉空冷
(4)应用
适于制造：大型、复杂、精密塑料模具。
进一步提高模具寿命的方法： • 化学热处理：渗氮、渗硼 • 火焰局部加热淬火：800～825℃，空冷或压缩空气冷却，56～62HRC • 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。 • 补焊：修补，焊接质量良好，可以进行加工。
第4章 塑料模具钢及其热处理
4.1 塑料模具的工作条件与性能要求 4.1.1 塑料模具材料的使用性能要求 4.1.2 塑料模具材料的工艺性能要求
4.2 塑料模具材料的选用 4.2.1 渗碳型塑料模具用钢 4.2.2 淬硬型塑料模具用钢 4.2.3 预硬型塑料模具用钢 4.2.4 时效硬化型塑料模具钢 4.2.5 耐蚀塑料模具钢 4.2.6 其它塑料模具材料
模具。
• GD钢：新的淬硬型塑料模具钢。该钢强韧性高、淬透性和
耐磨性好，淬火变形小，价格低。取代Cr12MoV钢或基体 钢制造大型、高耐磨、高精度塑料模具，不仅降低了成本， 而且提高了模具的使用寿命。
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4.2.1 几种典型塑料模具材料
4.2.1.3预硬型塑料模具用钢
预硬钢：就是供应时已预先进行了热处理，并使之达到模 具使用态硬度的钢。
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4.2 塑料模具材料的选用
2.模具材料选择时应考虑的因素 （1）模具的工作条件
压力的大小、冲击载荷的大小、工作温度及腐蚀情况等 。
（2）模具的失效形式
塑性变形失效、磨损失效、疲劳及断裂失效。
（3）模具所加工的产品
塑料的种类、批量的大小、质量的高低、
（4）模具的结构
模具的大小、形状、模具工件的工作性质等。
˙化学热处理：渗碳淬火后表面硬度可达65HRC
具有较高的热硬度及耐磨性。
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2. 3Cr2NiMo（P4410）钢
(3)性能特点
• 预硬态硬度值为32～36HRC。 • 不需退火，可直接进行车、铣、磨等加工。 • 不需淬火回火，可直接使用，没有热处理变形。
• 气体渗碳：900～920℃ × 6～7ｈ 渗碳层：0.9～1.0ｍｍ
• 淬火工艺：渗碳后预冷至800～850℃直接油淬或空冷 表层硬度：56～62HRC 心部硬度：250～380HBS，变形微小。
3. 实际应用： 冷挤压成形的形状复杂的浅型腔塑料模具 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，
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2.工艺性能： • 锻造工艺：加热1200℃，始锻1150℃，终锻850℃ • 退火工艺：740～760℃×4～6ｈ,以5～10℃／ｈ的速
度缓冷至600℃，再炉冷至室温 硬度＜160HBS，适于冷挤压成形。
• 正火工艺：870～900℃ × 3～4ｈ后空冷 硬度≤229HBS，切削加工性良好。
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4.2.1 几 种 典 型 塑 料 模 具 材 料 4.2.1.4 时 效 硬 化 型 塑 料 模 具 用 钢
成分特点：碳含量低、合金度较高 热处理特点：固溶处理（温度高）+时效（温度低） 性能特点：固溶处理后，硬度低HRC30左右，可机械成型加工 。 低温时效处理，析出弥散合金化合物，获高硬度，这就有效地 保证了模具最终尺寸和形状的精度。
塑料模具用钢有哪六种？