常用塑料模具钢的发展现状及应用

常用塑料模具钢的发展现状及应用　Ξ

倪亚辉,丁义超

(成都电子机械高等专科学校国家实训基地,四川成都610031)

摘要:简要介绍了我国模具工业和模具钢的发展概况;介绍了常用塑料模具钢的种类和适用范围,并对一些新型塑料模具材料的牌号、成分、热处理工艺、性能和应用作了简介。

关键词:塑料模具;模具钢;常用钢种

中图分类号:T B31 文献标识码:A 文章编号:1005-5770(2008)09-0005-04

Development and Application of Common Used Steels for Plastic Mould

NI Y a2hui,DI NG Y i2chao

(National T raining Base,Chengdu E lectromechanical C ollege,Chengdu610031,China)

Abstract:The survey of the development of the m old industry and m old steel in our country is introduced briefly,the variety of comm on used plastic m old steel and its application are described.The trademark,ingredi2 ent,heat treatment technology,performance and application of s ome novel plastic m ould materials are als o intro2 duced.

K eyw ords:Plastic M old;M ould Steels;C omm on Used Steels

随着近半个世纪以来石油化工工艺的迅猛发展,塑料产量迅速增加。塑料已经和钢铁、木材、水泥一起构成现代社会的四大基础材料。大量塑料制品在生产过程中需要采用模具压制成型,在很大程度上促进了模具工业的发展。模具材料是影响模具质量、性能和使用寿命的关键因素,也是模具工业发展中十分重要的一环。目前,塑料模具材料仍以模具钢为主,模具钢的发展推动了工业产品向高级化、多样化、个性化、高附加值的方向发展。世界各国都把模具钢产量统计到合金工具钢中,其产量约占合金工具钢的70%～80%[1]。各工业发达国家合金钢产量约占国产量的011%。我国模具钢已基本形成较完整的钢种体系,并有相应的国家标准G B/T1299—2000[2]。

1　塑料模具钢特点

塑料制品成型模具按塑料品种不同,可分为热固性塑料压模(胶木模)和热塑性塑料注射模。由于两者成型工艺的差异各自相应的塑料模具钢也有所不同:前者模具使用过程中受力较大,磨损严重,易受侵蚀,在相应选材中主要考虑材料的耐磨性、强韧性和一定的光整性;而后者注射过程会析出含氯、氟等腐蚀气体,侵蚀模具型腔表面,同时还会受到一定热压、磨损,选材就主要考虑材料耐蚀性和光整性方面[3-4]。

一般说来塑料模具钢应具有下列特点:(1)具有一定的综合力学性能模具钢材料纯洁,组织均匀致密,无网状带状碳化物、孔洞疏松及白点等缺陷。热处理后具有良好的耐磨性、足够的强韧度和高的硬度。(2)具有优良的可加工性材料切削加工容易、热处理变形小、尺寸稳定性好、淬透性高和良好的等向性,一些模具还要求有一定的可焊接性。(3)具有良好的热导性和低的热膨胀系数,硬化状态下具有良好的镜面抛光性(成型表面粗糙度Ra≤01100μm)和花纹图案刻蚀性。(4)具有较高的耐氯氟腐蚀性和一定耐热性。

2　塑料模具钢种类及应用[5-8]

塑料模具钢一般可分为时效硬化型塑料模具钢(含镜面模具钢)、耐蚀型塑料模具钢、渗碳型塑料模具钢、预硬型塑料模具钢(含易切削钢)、调质型塑料模具钢和淬硬型塑料模具钢六个大类。目前应用较多的是时效硬化型塑料模具钢、渗碳型塑料模具钢和预硬型塑料模具钢。

211　时效硬化型塑料模具钢

一般含碳量较低,合金度较高,生产中多采用真空冶炼和电渣重熔工艺。时效硬化型塑料模具钢经固

・

5

・

第36卷第9期2008年9月

塑料工业

CHI NA P LASTICS I NDUSTRY

Ξ作者简介:倪亚辉,女,44岁,副教授,研究方向为机械结构与设计、模具设计。chengdu　dyc@1631com

表1　无钴低镍时效硬化钢T ab 1Low nickel effectiveness hardened steel C

Ni

Cr

M o

V

T i

Al

Mn

S i

06Ni ≤01065150～61501130～11600190～11200108～01160190～11300150～0190≤0150≤0150

25CrNi 3M oAl

0120～0130310～4101120～11800120～01401100～11600150～01800120～0150

溶处理后变软(一般为28～35HRC ),可以进行切削

加工,模具制造成型后进行时效处理,可获得很高的综合力学性能,且时效处理的变形小(一般仅有0101%～0103%)。时效硬化型塑料模具钢具有很好的焊接性能,可进行表面氮化处理等,主要应用于制造复杂、精密、高寿命的塑料模具和透明塑料制品模具等。 时效硬化型塑料模具钢主要包括马讼体时效钢和无钴低镍时效硬化钢两类。(1)马氏体时效钢典型钢号为18Ni 马氏体时效钢,属于高镍钢。18Ni 马氏体时效钢有18Ni (140)、18Ni (170)、18Ni (210)、18Ni (250)、18Ni (300)、18Ni (350)、18Ni9C o 等钢种。由于马氏体时效钢含有大量的钴和镍,价格昂贵,应用范围大大受限。目前主要应用在高耐磨、高精度、超镜面、型腔复杂的塑料模具。(2)无钴低镍时效硬化钢典型钢号有国产PMS (10Ni3MnCuAlM o )、06Ni (06Ni6CrM oVT iAl )和25CrNi3M oAl 等,其主要合金元素含量见表1。国外主要有美国的P21(20CrNi4AlV )和日本的HPM1、N5M 、N3M 、NAK 55(15Ni3MnM oAlCuS )等钢种。这类钢由于无钴和较低的镍含量,在我国应用范围较广。无钴低镍时效硬化钢的热处理工艺一般包括固熔处理、二次固熔处理(高温回火)和时效处理三个步骤。

212　渗碳型塑料模具钢

渗碳型塑料模具钢的碳含量一般在011%～

0125%范围内,退火后硬度低、塑性好,具有良好的切削加工性能。成型后可进行渗碳、淬火、回火模具心部韧性好、表面硬度高、耐磨性能好。常用钢号国产有10、20、20Cr 、20CrNiM o 、20CrM oT i 、12Cr2Ni2、12CrNi3A 等;美国P2～P6系列;日本CH1、CH2、CH41;原西德21MnCr5、X19NiCrM o4、X6CrM o4、WE5、C NS2H 等钢种。

10、20渗碳钢价格便宜,渗碳后表面具有高硬度和耐磨性,但其淬透性差,心部强度低,适宜做承受小载荷,要求不高的塑料模具。

20Cr 钢淬透性高,淬火、低温回火后具有良好的综合力学性能。20Cr 渗碳处理后再进行淬火和低温回火,能达到具有很好的心部韧性和表面的高硬高

耐磨性,适宜用于中小型塑料模具。

12CrNi3A 是另一典型渗碳钢,该钢退火后硬度低、塑性好,可进行切削加工也可冷挤压成型塑料模具。模具成型后进行渗碳处理,再进行淬火和低温回火,适宜用于制造大中型塑料。213　预硬型塑料模具钢

预硬型塑料模具钢属于低中碳钢,含碳量一般在013%～015%范围内,添加有Cr 、M o 、Mn 、Ni 、V 等合金元素。预硬型塑料模具钢在供货状态下已经进行过调质处理,达到模具所要求的硬度和使用性能。加工成模具后不再需要淬火、回火处理,避免了热处理带来的变形、开裂、脱碳等缺陷。常用钢号有P20(3Cr2M o )、H13(4Cr5M oSiV1)、718(3Cr2MnNiM o )、K T V 、40Cr 、42CrM o 、5CrNiM o 、5CrMnM o 、4Cr5M oSiV 等。

P20是国际广泛使用的预硬型塑料模具钢,最早由美国提出,其综合力学性能好、淬透性高,钢材可在较大截面上获得均匀硬度,并具有良好的镜面加工性能。P20预硬化后硬度为28～35HRC ,可经冷加工成型模具,适合于制造大中型精密的长寿命塑料模

具。基于P20的改良型钢种有很多,瑞典718钢在P20基础上添加1%Ni ,增加了淬透性;德国蒂森克虏伯公司的G S738和专利钢材P20M 比P20具有更高

的光整性;添

加元素

B 、S 、Ca 后

的P20BSCa 具有优良的切削性能。

40Cr 是机械制造业使用最广泛的钢种之一,调

质处理后具有良好的综合力学性能、低温冲击韧性和低的缺口敏感性。40Cr 能进行渗氮和高频淬火处理,切削加工性能良好,适用于制作中型塑料模具。 国产8Cr2S (8Cr2MnW M oVS )和5NiSCa (5CrNi Mn 2M oVSCa )在预硬型塑料模具钢中加入S 、Ca 等元素,具有优良的切削加工性能。5NiSCa 与P20BSCa 性能相近,适用制造各种尺寸的注塑模。214　耐蚀型塑料模具钢 耐蚀型塑料模具钢具有中、高的碳含量和高的铬含量,属于档次较高的塑料模具钢材。耐蚀型塑料模具钢对氯氟等气体有很好的抗腐蚀能力,同时有较好的强硬度和耐磨性,我国常用的钢种有2Cr13、3Cr13、4Cr13(420)和9Cr18、9Cr18M o 、1Cr17Ni 2、

・6・塑　料　工　业2008年