橡塑模具如何選擇模具鋼（下）
時(shí)間:2025-03-08 14:44來源:德松官網(wǎng) 作者:德松模具鋼
選擇合適的材料不僅僅是看它的性能指標(biāo)，更重要的是要考慮它在特定應(yīng)用中的優(yōu)勢與限制，從而做出適當(dāng)?shù)倪x用。
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在選擇模具材料時(shí)，重要的是要認(rèn)識到?jīng)]有一種材料能在每一方面都表現(xiàn)出色。這一過程本質(zhì)上是一種平衡的藝術(shù)，旨在發(fā)揮材料的長處，同時(shí)盡可能減少其短處的影響。因此，選擇合適的材料不僅僅是看它的性能指標(biāo)，更重要的是要考慮它在特定應(yīng)用中的優(yōu)勢與限制，從而做出適當(dāng)?shù)倪x用。
A】耐腐蝕型橡塑模具鋼
在生產(chǎn)以聚氯乙烯或是添加含有阻燃劑為原料的塑料制品時(shí)，模具材料必須具有一定的耐蝕性。常用來制作塑料模具的耐蝕鋼有3Cr13模具鋼、4Cr13/S136模具鋼、9Cr18模具鋼、Crl8MoV模具鋼、Crl4Mo模具鋼、Cr14Mo4V模具鋼、1Cr17Ni2等不銹鋼和馬氏體時(shí)效不銹鋼。
★ （a-1）高碳高鉻型耐蝕鋼
常用于制作塑料模具的高碳高鉻型耐蝕鋼有9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo、Cr14Mo4、PCR、AFC-77、4Cr13、1Cr17Ni2鋼等。
高碳高鉻耐蝕鋼屬于萊氏體鋼，必須通過鍛造使粗大碳化物均勻分布。鋼坯的鍛造加熱溫度為1100~1130℃，始鍛溫度為1050~1080℃，終鍛溫度為850~900℃。鍛后砂冷或灰冷。為降低鍛造后的硬度，改善可加工性，并為淬火作好組織準(zhǔn)備，鍛后應(yīng)進(jìn)行球化退火，退火組織為粒狀珠光體和均勻分布的粒狀碳化物，退火硬度為179~255HBW。
★ （a-2）中碳高鉻型耐蝕鋼（4Cr13/S136)
4Cr13/S136屬于馬氏體不銹鋼，嚴(yán)格地講，只能耐大氣和水蒸氣腐蝕，在熱處理后能獲得較高的硬度和耐磨性，可用于制造要求一定耐蝕性的塑料模具。
4Cr13模具鋼的軟化處理，可以采用在750~800℃溫度進(jìn)行高溫回火2~6小時(shí)，也可采用在875 ~ 900℃溫度保溫1~2小時(shí)，以15~20℃/小時(shí)的速度冷至低于600℃出爐空冷，退火硬度為170~ 200HBW。
4Cr13鋼的淬火溫度一般選擇在1040~1060℃，4Cr13鋼通常在兩種回火狀態(tài)下使用，當(dāng)要求高硬度和高耐蝕性時(shí)可在200~350℃溫度回火；當(dāng)要求強(qiáng)度、塑性和沖擊韌度有最佳配合，且耐蝕性又較高時(shí)，則采用650~750℃回火。
★ （a-3）低碳鉻鎳型耐蝕鋼(1Cr17Ni2)
1Cr17Ni2鋼屬于馬氏體型不銹耐酸鋼，對于氧化酸類、鹽類的水溶液有良好的耐蝕性，1Cr17Ni2鋼具有較高的強(qiáng)度和硬度，而且耐蝕性能較4Cr13好，缺點(diǎn)是有脆性傾向，焊接性較差。
1Cr17Ni2鋼的淬火溫度一般為1000℃，與4Cr13不銹鋼一樣，也是在淬火后低溫回火或高溫回火具有最好的耐蝕性。淬火后經(jīng)250~300℃回火，基體組織為回火馬氏體，鋼強(qiáng)度、硬度較高，耐磨性好，而且具有高的耐蝕性?；鼗饻囟仍?00~700℃，鋼的基體組織為回火索氏體，具有較好的強(qiáng)度與韌度配合，而且也具有較高的耐蝕性。
★ （a-4）PCR模具鋼（0Cr16Ni4Cu3Nb）
PCR鋼是一種馬氏體沉淀硬化不銹鋼，因碳含量低，耐腐蝕性和焊接性都優(yōu)于馬氏體型不銹鋼，而接近奧氏體不銹鋼。PCR鋼熱處理工藝簡單，經(jīng)1050℃固溶處理后空冷可獲得單一的板條馬氏體組織，硬度為32~35HRC，具有良好的可加工性。經(jīng)460~480℃時(shí)效處理后，由于馬氏體基體析出富銅相，使強(qiáng)度和硬度進(jìn)一步提高，達(dá)44HRC，同時(shí)獲得較好的綜合力學(xué)性能。
PCR鋼經(jīng)時(shí)效處理后，工件僅有微量變形，其拋光性能良好，拋光后在300~400℃進(jìn)行PVD表面離子鍍處理，可獲得大于1600HV的表面硬度。因此，PCR鋼適于制造要求高耐磨、高精度和耐腐蝕的塑料成型模具，如氟塑料、加阻燃劑塑料、聚氯乙烯成型模具。
B】時(shí)效硬化型橡塑模具鋼
對于復(fù)雜、精密、高使用壽命的塑料模具，模具材料在使用狀態(tài)必須有高的綜合力學(xué)性能，為此，必須采用最終熱處理。但是，采用一般的最終熱處理工藝，往往導(dǎo)致模具的熱處理變形，即模具的精度就很難達(dá)到要求。而時(shí)效硬化型橡塑模具鋼在固溶處理后變軟（一般為28~34HRC），可進(jìn)行切削加工，待冷加工成形后進(jìn)行時(shí)效處理，可獲得很高的綜合力學(xué)性能。
時(shí)效熱處理變形很小，而且這類鋼一般具有焊接性能好，以及可以進(jìn)行滲氮等優(yōu)點(diǎn)，適用于制造復(fù)雜、精密、高使用壽命的橡塑模具。時(shí)效硬化型橡塑模具鋼主要包括兩種類型，即馬氏體時(shí)效鋼和析出硬化型鋼。
★ （a-1）馬氏體時(shí)效鋼
自1959年馬氏體時(shí)效鋼出現(xiàn)以來，由于這類鋼具有高的強(qiáng)度/密度比、良好的可加工性和可焊性，以及簡單的熱處理工藝等優(yōu)點(diǎn)，立即受到宇航工業(yè)的高度重視，得到了迅速的發(fā)展。其中最為典型的鋼號是18Ni馬氏體時(shí)效鋼，它們的屈服強(qiáng)度為1400~3500MPa，典型牌號有18Ni（200）、18Ni（250）、18Ni（300）、18Ni（350）、06Ni6CrMoVTiAl等。對于模具而言，所要求鋼材具備的性能比宇航工業(yè)低，對冶金質(zhì)量及性能的要求可適當(dāng)降低，并為此發(fā)展了一些低鈷、無鈷、低鎳的馬氏體時(shí)效鋼，如06Ni6CrMoVTiAl鋼，從而使鋼材的成本大幅度下降。
馬氏體時(shí)效鋼是不同于常規(guī)鋼種的超高強(qiáng)度鋼，它不是由于碳含量而強(qiáng)化的，這種鋼是由于很低碳含量的馬氏體基體時(shí)效硬化時(shí)，發(fā)生金屬間化合物沉淀而強(qiáng)化的，強(qiáng)度與淬透性無關(guān)。事實(shí)上，碳在馬氏體時(shí)效鋼中是雜質(zhì)，要控制在盡可能低的范圍內(nèi)。
馬氏體時(shí)效鋼在冷卻時(shí)奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，在達(dá)到Ms溫度和形成馬氏體以前沒有相變。大工件即使很慢冷卻也只產(chǎn)生馬氏體，而不會出現(xiàn)大尺寸截面淬透性不足的問題。馬氏體時(shí)效鋼的熱處理工藝。馬氏體時(shí)效鋼固溶處理后的硬度很低，一般在28HRC左右，可以進(jìn)行切削加工，而時(shí)效的溫度較低，對模具表面質(zhì)量的影響不大。
06Ni6CrMoVTiAl鋼，代號06Ni，屬低鎳馬氏體時(shí)效鋼，價(jià)格比18Ni類馬氏體時(shí)效鋼低得多，此鋼的突出優(yōu)點(diǎn)是熱處理變形小。經(jīng)850℃固溶處理1小時(shí)后硬度為25~28HRC，具有良好的可加工性和拋光性能。06Ni鋼固溶處理后，采用的冷卻方式不同，對固溶及時(shí)效硬度的影響很大。如固溶后空冷，硬度為26~28HRC，油冷硬度為24~25HRC，水冷硬度為22~23HRC。固溶后的冷卻速度越快，硬度越低，但時(shí)效后的硬度卻越高。
時(shí)效工藝為500~540℃時(shí)效4~8小時(shí)，一般采用520℃時(shí)效6小時(shí)，硬度為43~48HRC，組織為板條馬氏體加析出的強(qiáng)化相Ni3Al、Ni3Ti、TiC、TiN，具有良好的綜合力學(xué)性能和一定的耐蝕性，并可以進(jìn)行滲氮、鍍鉻。06Ni鋼已分別應(yīng)用在化工、儀表、輕工、電器、航空航太和國防工業(yè)部門，用以制作光盤盒、照相機(jī)、傳真打印機(jī)等零件的塑料模具，均收到良好的效果。
★ （a-2）析出硬化型時(shí)效鋼
析出硬化型時(shí)效鋼所含的合金元素（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）比馬氏體時(shí)效鋼少，特別是含鎳量少得多。材料也是在固溶處理狀態(tài)下，硬度為30HRC左右，可以進(jìn)行切削加工，制成模具后再進(jìn)行時(shí)效處理，使硬度達(dá)到40HRC左右，而時(shí)效變形量很小，約在0.01%左右，適用于制造高硬度、高強(qiáng)度和高韌度的精密塑料模具，典型鋼號有25CrNi3MoAl、10Ni3MnCuAlMo（NAK80模具鋼/PMS鋼）、Y20CrNi3AlMnMo（SM2）、P21模具鋼等。
固溶處理的目的在于得到細(xì)小的板條馬氏體，以提高鋼的強(qiáng)韌性；固溶淬火后的馬氏體硬度較高，為降低鋼的硬度，需進(jìn)行高溫回火，而高溫回火工藝的選擇，既要使馬氏體充分分解，又要避免NiAl相的脫溶析出。鋼材的最終性能是通過時(shí)效處理得到的，為了使析出硬化鋼在時(shí)效過程中脫溶NiAl相而強(qiáng)化，必須在NiAl相溶溫度范圍內(nèi)進(jìn)行時(shí)效處理。
★ （a-3）25CrNi3MoAlM模具鋼
25CrNi3MoAl鋼為低Ni無Co型Ni-Mo-Al系，析出硬化型馬氏體時(shí)效鋼，適用于制造變形率要求在百分之五以下、鏡面要求高或表面要求光刻花紋的普通及精密塑料模具，經(jīng)軟化處理后，可通過冷擠壓成形。25CrNi3MoAl鋼的特點(diǎn)是鎳含量低，價(jià)格遠(yuǎn)低于馬氏體時(shí)效鋼，也低于超低碳合金時(shí)效鋼。調(diào)質(zhì)硬度為230~250HBW，有良好的切削性能和電加工性能，時(shí)效硬度為38 42HRC，時(shí)效變形可控制在0.05%范圍內(nèi)。鏡面研磨性好，表面粗糙度可達(dá)R?0.2 0~025um，表面光刻侵蝕性好，光刻花紋清晰。焊接修補(bǔ)性好，時(shí)效后焊縫硬度和基體硬度相近。
用作一般精密塑料模具時(shí)的熱處理工藝為經(jīng)880℃固溶處理后水或空冷，硬度為48~50HRC，再經(jīng)680℃回火5小時(shí)，硬度為22~23HRC。加工成形后經(jīng)540℃時(shí)效6小時(shí)，硬度為39~42HRC，時(shí)變形率約為-0.039%，經(jīng)研磨或光刻花紋后裝配使用。由于析出硬化鋼的時(shí)效溫度范圍與滲氮溫度范圍相當(dāng)，故時(shí)效處理與滲氮處理可以同時(shí)進(jìn)行，提高模具表面的耐磨性和抗咬合能力。用作高精密塑料模具時(shí)，加工工藝基本與上述工藝相同，只是在粗加工和半精加工后，進(jìn)行一次650℃保溫1小時(shí)的去應(yīng)力處理，時(shí)效變形率僅為-0.01%-0.02%。
★ （a-4）PMS模具鋼（10Ni3MnCuAIMOS）
PMS鋼屬馬氏體析出硬化型鏡面塑料模具鋼，此鋼采用低的碳含量，在熱處理時(shí)析出NiAl、CuAl、CuNi等彌散的金屬間化合物，獲得所需的硬度。PMS鋼具有良好的鍛造性能，鍛造加熱溫度為1130~1160℃，始鍛溫度1100~1120℃，終鍛溫度>850℃，鍛后灰冷。鍛后不必退火，即可進(jìn)行機(jī)械加工。
PMS鋼的固溶加熱溫度為840~900℃，一般選用870℃固溶處理1小時(shí)后空淬，硬度30~35HRC，具有良好的冷熱加工性能，在零件制作成形后，經(jīng)490~500℃時(shí)效處理，硬度在45HRC左右，具有良好的綜合性能和鏡面加工性能，且變形極小。PMS鋼中含有一定量的Al，因此，特別適宜于進(jìn)行表面滲氮或氮碳共滲處理，處理后的硬度可達(dá)1000HV以上，其時(shí)效溫度與滲氮溫度相近，故滲氮時(shí)可同時(shí)進(jìn)行時(shí)效處理。用于要求有高鏡面要求的精密模具，是理想的光學(xué)透明塑料制品的成型模具材料。
PMS鋼還具有良好的焊接性能，補(bǔ)焊區(qū)域硬度為30HRC左右，可以進(jìn)行機(jī)械加工，鋼中不含S等易切削元素，補(bǔ)焊時(shí)沒有SO2氣體逸出，補(bǔ)焊質(zhì)量優(yōu)良，為模具補(bǔ)焊修復(fù)提供了方便。含碳量在下限時(shí)，PMS鋼實(shí)際上是一種Fe-Ni-Al-Cu合金，可以擠壓成形，對于形狀復(fù)雜的模具，這一優(yōu)點(diǎn)顯得特別重要。PMS鋼表面經(jīng)機(jī)械加工和拋光后，表面粗糙度R≤0.05um，拋磨時(shí)間較45鋼可縮短50%，而表面質(zhì)量比45鋼高1倍。并且表面潔凈耐蝕，無針孔斑塊缺陷，圖案蝕刻性能絕佳。PMS鋼表面耐蝕性高，在鹽酸溶液中加熱沸騰時(shí)，有極好的耐蝕性，腐蝕率只有2Cr13鋼的1/6~1/8。
★ （a-5）SM2模具鋼（Y20CrNi3 AlMnMo）
SM2 鋼屬含硫系中合金時(shí)效硬化易切削預(yù)硬鋼，它具有良好的綜合力學(xué)性能和加工工藝性能、優(yōu)良的鏡面拋光性能，可滲氮。用于高精度模具。
SM2鋼中加入Al，在時(shí)效時(shí)可以析出硬化相Ni3Al。加入Cr的主要作用是提高鋼的淬透性，因此SM2鋼比PMS鋼的淬透性稍高，加入S和Mn，可以形成易切削相MnS，因此，SM2鋼的可加工性優(yōu)于PMS鋼。
SM2鋼的鍛造工藝與SM1鋼相同，鍛后不必退火。SM2鋼的固溶加熱溫度為870~930℃，一般選900℃固溶處理2小時(shí)后油冷，硬度為42~45HRC，700°C高溫回火2h后油冷，硬度為28HRC，具有良好的切削性能，加工成形后經(jīng)500~520℃時(shí)效處理，硬度為40HRC。對于要求型腔表面光潔、精度較高的模具，可在此硬度下進(jìn)行精加工，拋光表面。SM2鋼具有良好的滲氮、氮碳共滲、離子滲氮、氧氮共滲工藝性能。
橡塑模具如何選擇模具鋼（上）??
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