模具材料及热处理

防止珠光體 (Pearlite)形成 減少碳化物(P.E.C.)析出及貝茵體(Bainite)形成
850 500~650
1020
先共析碳化物析出 珠光體形成
200~500
580 ~650
貝茵體形成 50 ~ 100
550~600
8407 淬火快冷 HRC 46 沖擊強度> 290 Joule
8407 淬火慢冷 HRC 46 沖擊強度60 Joule
公司常用的一般預硬鋼有718H﹑P20﹑ NAK80﹑2738﹑FDAC﹑PDS-5等。
NAK80析出硬化型預硬鋼 出廠硬度﹕HRC36~45 應用﹕高性能高精密塑膠模具
.鏡面要求高 .良好的表面放電性能 .蝕花加工性良好 718H(AISIP20改良型)Ni-Cr-Mo預硬 鋼﹐出廠硬度HB290~330﹐適用于大 多數塑模吹塑模﹐拋光性﹑咬花性良好。
NH51 -
STAVAX
DF-2 CrWMn
618 3Cr2Mo
1CrNi3
-
W6Mo5C r4V2
S-136 4Cr13
-
S7
-
S45C
1045
-
S7
S7
-
-
-
45
2. 常用熱作模具鋼種 常用鋼DAC﹑8407﹑SKD61﹑DAIVER
H13等。主要應用于壓鑄模﹑熱擠壓模﹑ 鍛壓模具等。
公司的硬度通常要求為HRC47±1
- 減少停机維修時間 - 一致的生產周期 模具重新拋光的費用 提高產品品質
2.4 高鏡面拋光要求模具鋼
OPTIMAX HPM38 STAVAX CORRAX YAG300 PAK90
OPTIMAX 1. 优良的拋光性 2. 很高的抗蝕性 3. 硬度高, 抗磨蝕性好
應用: • 相机, 手机的显示屏模 • 眼镜片模 • 光學鏡頭 • 光碟模 • 醫葯產品模 • 其它要求拋光性很高的
0.8
4.5
0.5
0.2
<0.6
3.5~5.0 4.5~5.5 2.5~3.5 6.0~7.0
模具零件失效原因
機及電加 工
熱處理
材質
磨削損傷 電加工質量差
加工應力未除去
表面粗造度差 淬火溫 度不當
尺寸精度差 加熱速度不當
連結角半 徑過小
冷卻速度不當
回火次數不當 保溫時間不當 硬度不當
鋼的鈍 靜度差
帶狀(網狀) 碳化物
VANADIS 6
VANADIS 10 O1
A2 M2
D2
耐磨損性
鋼種
C
SKD11
1.40~1.6
SLD
1.40~1.6
2379
1.55
Cr12Mo1V1 1.4~1.6
9CrWMn(O1) 0.85~0.95
YK30
1.0~1.1
SKS93
A2 DC53 VIKING CALMAX ASP23
1.00~1.1
IMPACT STRENGTH
CH
R
0.25 0.75 1.0 0.010
1.25 mm
6.2 強度設計不夠
二﹑熱作模具鋼 1. 性能要求﹕ 1.1 在使用溫度下的 硬度和強度; 1.2 較高的韌性﹔ 1.3 耐急冷急熱性﹔ 1.4 化學穩定性﹔ 1.5 較好的工藝性﹔
日本JIS SKD11 SKD61 SKS93
模具
POLMAX
極純淨, 拋光性極佳 更高的抗蝕性 硬度高, 抗磨蝕性好 优良的切削加工性 熱處理尺寸稳定
RAMAX S
HOLDER
AISI D2 AISI A2 VANADIS6
VANADIS4
ELMAX
CORRAX
OPTIMAX STAVAX
ESR ORVAR
SUPREME COMMPAX
48-50(270-300)
400 (中型) 600
48-50(>570) 47-49
46-48(>520) 45-47
1000 (大型)
45-48
42-45
当模具尺寸很大或者需做 PVD 或氮化处理时，應 該采用高温回火(>450°C)
2.3 鏡面加工性 (1) 組織均勻 (2) 純淨度高 (3) 氣體含量少 (4) 碳化物組織微細化 (5) 硬度高
對于一些要求抗磨粒磨損﹑形狀復雜的塑膠 模具可選用 ASP23﹑XW-41﹑SLD 等冷作模具 鋼。
整體硬化鋼材以軟化退火狀態供貨﹐ 熱處理至較高的硬度可獲得較好耐磨性﹑ 抗變形和抗凹陷及較好的拋光性能。較好 的耐磨性對于生產加織和強化塑膠的模具 十分重要。模腔﹑澆口等區域應具有良好 的抗變形和抗凹陷性能。
回火温度及硬度選擇
- 8407 & S136 -
Diagonal Line Length (L2+W2+T2)1/2 (mm)
立體對角線長度
100 (小型)
Hardness Range
8407(回火溫度) 52-54(250)
HRC S136(回火溫度) 50-52(250)
200
50-53(270-300)
冷卻水道生銹引起的問題:
當水道生銹層厚度達 0.5~1 mm時: • 生產周期延長 8 秒 • 塑膠產品因變形引起的報廢率 由 < 1% 增加到约 30%.
材料牌號 ASTM
出廠硬度
狀態
718H
P20 HB290~330
預硬
P20
HB280~330
預硬
NAK80
HB370
預硬
2738
HB280~325
SUPREME
三﹑塑膠模具鋼 1.性能要求﹕ 1.1 一定的耐磨性﹕ 1.2 足夠的抗壓強度﹔ 1.3 高的耐腐蝕性﹔ 1.4 較好的熱傳導性﹔ 1.5 較高的韌性﹔ 1.6 良好的機加工性能﹔
2. 常用塑膠模具鋼種 2.1 預硬塑膠模具鋼 預硬塑膠模具鋼供貨狀態為淬火及回火﹐
硬度通常為HB270~370﹐模具在使用前無 須熱處理。常應用于結構復雜少變形大型 模具﹑對耐磨性要求較低的模具﹑高強度 模座等。
金屬模具材料知識
鴻准工程材料﹕戴剛
模具材料通常分為三類﹕ 一﹑冷作模具鋼 二﹑熱作模具鋼 三﹑塑膠模具鋼
一﹑冷作模具鋼 主要用于制造在冷狀態(室溫)下工件壓制
成型的模具。如冷沖壓模具﹑冷拉伸模具﹑ 冷擠壓模具等。 1. 性能要求﹕
1.1 良好的耐磨性﹐工作時保持鋒利的刃口﹔ 1.2 淬火態有較高的硬度和一定的淬透深度﹔ 1.3 熱處理變形小﹐復雜形狀不易開裂﹔ 1.4 一定的強度和韌性﹔ 1.5 較好的紅硬性。
HRC44.8 42 .1
44.8
40.0
45.3
43.3
美国通用汽車公司 1999 年已規定, 必須使用 10 BAR 真空炉處理鋁鎂合 金压鑄模。
對 8407 及S-136 最佳冷速應: 8407鋁壓鑄模 > 28 ºC / 分 8407塑胶模 >18 ºC / 分 S-136塑胶模 >30 ºC / 分
SLD(D2)傳統冶煉 vs V4粉末冶金
3. VIKING屬較特殊的一種﹐為多用途工具
鋼具有高韌性高耐磨性的特點 ﹐常用于熱 作模﹑抗壓強度和耐磨性不夠或冷作模具韌 性不足易斷的場合。
可用于沖模﹑拉伸模﹑工程塑膠模等。
4.主要失效形式
4.1 磨損
4.2 崩角 4.3 塑性變形
磨損
破裂
4.4 破裂
1.0 0.90~1.10 0.45~0.55
0.6 1.2~1.35
Si
<=0.4 <=0.4
<=0.6 <=0.4 0.40 <=0.5
0.3 Aq <1.2 0.35 <0.8
Mn Cr Mo V W
<=0.6 11.0~13.0 0.8~1.20 0.2~0.5
<=0.6 11.0~13.0 0.8~1.20 0.2~0.5
含硫量对H13鋼韌性的影响
斷裂韌性K1C KSIin1/2
120 100
80 60 40 20
0 50 100 150 200 250 試驗溫度
1M 56 0.003%S
1M 57 0.000%S
1M 58 0.014%S
1M 59 0.028%S
1M 60 0.075%S
馬氏體不鏽鋼
抵抗塑膠, 環境引起的腐蝕 提高生產率
4.5 粘著
崩角
塑性變形
積瘤
S
L
D
中
100X
的
碳
化
物
100X
500X 500X
鑄錠組織
網狀碳 化物
鍛造組織
HARDNESS(HRC)
70 SLD
60
50
40
30
0 100 200 300 400 500 600 Tempering Temperature ℃
5. 冷作模具鋼的選擇 5.1 形狀簡單﹑短工作壽命(10萬件以 下)DF-2﹑O1﹑SKS3﹑YK30等﹔ 5.2 形狀簡單或梢復雜﹑中工作壽命 (10萬~100萬件)SLD﹑XW-41﹑ SKD11﹑2379等﹔ 5.3 形狀復雜﹑長工作壽命(100萬件 以上) ASP23﹑V4﹑V10等。
預硬
PDS-5
HB280~310
預硬2Βιβλιοθήκη 16420素材S136
素材
S136H
HB290~330
預硬
HPM38
HB300~330
預硬
2.2 整體硬化型塑膠模具鋼
S136ESR﹑8407SUPREME﹑STAVAX﹑ELMAX
等通常用于要求大批量生產﹑表面光潔度高具 備一定耐磨性承受較大壓力的塑膠模具。
Heavy Duty
解決極易崩角(CHIPING)﹑斷裂(CRACKING)的 重負荷工作模具。如﹕厚鋼板沖切。
CALMAX CARMO ( 成份與CALMAX相同)
預硬 HB240~270﹔ 適用于易熱處理變形﹑尺寸加工到位短壽命 之大型沖壓模具﹔ 熱處理﹕火焰淬火和高頻感應處理 。
抗崩角特性
VANADIS 4 COMPAX SUPERREME
S136H(STAVAX)﹑HPM38屬高級鏡面馬氏體不鏽 鋼﹐具備最佳的鏡面拋光性和耐腐蝕性﹐一般用來制造 光學鏡片﹑碟影片透明壓克力﹑PVC等模具﹐大量生產﹐ 少維護。交貨硬度為HRC30~35。
S-136H 不适宜用於 PVC 塑胶模
S-136H的回火范围
RAMAX屬AISI 420改良性馬氏體不鏽鋼﹐ 與FDAC一樣是含硫易切削鋼﹐常用于制做 塑膠模模座﹑PVC模具等﹐冷卻水道不生鏽 少維護。交貨硬度為HRC34~38。
美國AISI D2 H13 02
日本大同 DC11 DHA1
UDDEHOL M UHB -
-
ASSAB( 一勝百) XW-41
8407
GB
Cr12Mo1 V1
4Cr5Mo WSiV
YK30
-
-
-
SKS3
01
GOA
-
-
PDS5
P20 PX4.PX5
-
-
NAK80
NAK80
SKH51
M2
PD555 420.ESR
12.0
0.7
1.0
<=0.6 11.0~13.0 0.7~1.2 <=1.10
0.90~1.2 0
0.5~0.8
0.5~0.8
0.8~1.10 0.20~0.60
0.8~1.10 0.20~0.60
0.6
5.3
1.1
0.2
Aq
7.00~9.00 0.80~2.2 Aq
<0.8
7.0~9.0 1.1~1.9 0.2~0.8
2.常用冷作模具鋼種 2.1.低合金冷作模具鋼 低合金冷作模具鋼有SKS3、YK30、DF–2 等常用于制作短壽命模具﹑工具支撐等。 淬透性較非合金模具鋼好﹐具有高的表面 硬度和一定的淬透深度。
2.2. 高合金冷作模具鋼 2.2.1 SLD﹑Cr12MoV﹑Cr12Mo1V1﹑SKD11﹑ XW–41﹑DC53等常用于制作中等壽命模 具鋼。具有高的抗壓強度﹑高的淬火硬 度良好的淬火韌性及高的耐磨性。 2.2.2 ASP23﹑ASP60﹑SKH51﹑V4﹑V10等常 用于制作長壽命模具鋼。具有高的抗壓 強度高的淬火硬度﹑很好的耐磨性及穩 定性。
淬火冷速對H13 硬度的影響
HRC 58
56
54
52
50
48
46
美國 Mr. H.P. Nichols 之數據
44
2.8
5.5
11
oil
16.7
27.8
55.6
淬冷速度 oC / min.
淬冷速對韌性的影響
沖擊韌性,呎-磅 16 美國Mr. H.P.Nichols 之數據 12
8
4
0
2.8C/min. 5.5C/min. 11C / min. 16.7C/min. 27.8C/min 55.6C/min. Oil 冷速
球化退火質 量不好
鋼內疏鬆 化學成份偏析 帶狀組織
爐內气份不當
冷卻條件不當 壓鑄溫度不當 (熱鍛溫度)
潤滑條件差
模具安裝不當
操作
去應力次數少 模具預熱溫度不當 終鍛溫度偏低
配合精度不當 有尖角
連結角半徑過小
設備狀況不好
厚薄壁差大
設計
材料纖維取向不合理 硬度不合理
選材不當
模 具 失 效
熱處理設備
6. 失效案例 6.1 設計不合理﹑有效承載面積不夠。
ESR處理(Electro Slag Remelting 電 渣再融處理)
耐磨性
V 10
耐
58-65 HRC
ASP 23 V4
磨
ELMAX XW 10
性
增
~52-58 HRC
635 8407, VD-11
加
S136 , Optimax S336
290-370 HB
718, 618, 709
ESR處理(Electro Slag Remelting) 電渣再融處理