模具材料第5章课件.pptx

1、模具材料模具材料湖南工程学院湖南工程学院：高为国高为国Mold Materials第五章第五章 塑料模具材料及热处理塑料模具材料及热处理 塑料制品的种类日益增多，并日趋精密化、大型化和复杂塑料制品的种类日益增多，并日趋精密化、大型化和复杂化，对塑料模具材料的性能要求也在不断提高。因此，了解其化，对塑料模具材料的性能要求也在不断提高。因此，了解其服役条件、失效特点和性能要求，合理地选择塑料模具材料及服役条件、失效特点和性能要求，合理地选择塑料模具材料及热处理工艺，对保证模具质量、提高模具使用寿命和降低生产热处理工艺，对保证模具质量、提高模具使用寿命和降低生产成本具有重要作用。成本具有重要作用。第

2、一节第一节 塑料模具材料的主要性能要求塑料模具材料的主要性能要求 一、塑料模具材料的使用性能要求一、塑料模具材料的使用性能要求1.1.较高的硬度、耐磨性和耐蚀性较高的硬度、耐磨性和耐蚀性2.2.较高的强度、韧性和疲劳强度较高的强度、韧性和疲劳强度3.3.良好的耐热性良好的耐热性4.4.较好的尺寸稳定性较好的尺寸稳定性5.5.良好的热导良好的热导性性二、二、塑料模具材料的工艺性能要求塑料模具材料的工艺性能要求 1 1切削加工性和表面抛光性切削加工性和表面抛光性 2 2塑性加工性塑性加工性3 3电加工性电加工性 4 4热处理工艺性热处理工艺性 5 5表面处理工艺性表面处理工艺性 6 6表面刻蚀性能

3、和镜面加工性能表面刻蚀性能和镜面加工性能 7 7.镜面加工性能镜面加工性能 8 8焊接性焊接性 塑料模具材料的热处理技术要求塑料模具材料的热处理技术要求特点：特点：（1 1）适中的硬度和良好的韧性。）适中的硬度和良好的韧性。（2 2）确保淬火微小变形。）确保淬火微小变形。（3 3）模具在热处理时，应特别注意对型腔表面的保护，）模具在热处理时，应特别注意对型腔表面的保护，防止其产生任何缺陷。防止其产生任何缺陷。（4 4）热固性塑料模具长期在受热受压条件下工作，热处）热固性塑料模具长期在受热受压条件下工作，热处理后应具有较高的抗塌陷能力。理后应具有较高的抗塌陷能力。第二节第二节 塑料模具材料及热处

4、理塑料模具材料及热处理 依据其强化方式或服役特性等因素依据其强化方式或服役特性等因素,可将塑料模具材料大可将塑料模具材料大体分为渗碳型塑料模具钢、预硬型塑料模具钢、整体淬硬型塑体分为渗碳型塑料模具钢、预硬型塑料模具钢、整体淬硬型塑料模具钢、耐蚀型塑料模具钢、时效硬化型塑料模具钢以及其料模具钢、耐蚀型塑料模具钢、时效硬化型塑料模具钢以及其他类型模具材料六大类。他类型模具材料六大类。一、渗碳型塑料模具钢及热处理一、渗碳型塑料模具钢及热处理 渗碳型塑料模具钢包括碳素渗碳钢和合金渗碳钢渗碳型塑料模具钢包括碳素渗碳钢和合金渗碳钢两类两类。渗碳钢的碳含量一般在渗碳钢的碳含量一般在0.10.10.250.2

5、5范围内，退火后硬度范围内，退火后硬度较低，具有良好的切削加工性能，也可以采用冷挤压成形法制较低，具有良好的切削加工性能，也可以采用冷挤压成形法制造模具。造模具。经渗碳处理之后，模具型腔表面获得高硬度和高耐磨的使经渗碳处理之后，模具型腔表面获得高硬度和高耐磨的使用性能，同时也保证了较好的抛光性能。用性能，同时也保证了较好的抛光性能。常用牌号有常用牌号有10、20、20Cr、12CrNi2、12CrNi3、12CrNi4和和20Cr2Ni4等。等。渗碳型塑料模具钢的热处理为渗碳、淬火和低温回火。渗碳型塑料模具钢的热处理为渗碳、淬火和低温回火。二、预硬型塑料模具钢及热处理二、预硬型塑料模具钢及热处

6、理预硬型塑料模具钢分为调质预硬型塑料模具钢和易切削预预硬型塑料模具钢分为调质预硬型塑料模具钢和易切削预硬型塑料模具钢两类。主要用于制造模具型腔复杂精密，使用硬型塑料模具钢两类。主要用于制造模具型腔复杂精密，使用寿命要求长的大、中型塑料模具。寿命要求长的大、中型塑料模具。预先进行调质处理，硬度为预先进行调质处理，硬度为3040HRC，切削加工成型，切削加工成型后直接使用。一般为中碳低合金钢，碳含量为后直接使用。一般为中碳低合金钢，碳含量为0.35%0.65%，并含有一定量的并含有一定量的Cr、Mn、V等合金元素。等合金元素。热处理：球化退火热处理：球化退火 预硬处理（淬火加高温回火）。预硬处理（

7、淬火加高温回火）。调质预硬型塑料模具钢有调质预硬型塑料模具钢有SM45、SM48、SM50、SM53、SM55、4Cr5MoSiV1等。等。易切削预硬型塑料模具钢有易切削预硬型塑料模具钢有5CrNiMnMoSCa（5NiSCa）、）、8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）、）、40CrMnVBSCa（P20BSCa）、）、Y55CrNiMnMoV（SM1）等。等。三、整体淬硬型塑料模具钢及热处理三、整体淬硬型塑料模具钢及热处理在模具切削加工完成以后，将其整体进行一定的淬火、回在模具切削加工完成以后，将其整体进行一定的淬火、回火处理，以获得所需力学性能的塑料模具钢，称为整体淬硬型火处理，以获得所需

8、力学性能的塑料模具钢，称为整体淬硬型塑料模具钢。塑料模具钢。整体淬硬型塑料模具钢有较高的硬度，以及较好的耐磨性、整体淬硬型塑料模具钢有较高的硬度，以及较好的耐磨性、抛光性和电加工性能。但它与渗碳钢和预硬型塑料模具钢相比，抛光性和电加工性能。但它与渗碳钢和预硬型塑料模具钢相比，韧性降低，变形、扭曲和产生裂纹的倾向增大。韧性降低，变形、扭曲和产生裂纹的倾向增大。整体淬硬型塑料模具钢包括碳素工具钢，如整体淬硬型塑料模具钢包括碳素工具钢，如T7A、T8A、T10A；低合金工具钢如；低合金工具钢如9SiCr、CrWMn；以及目前应用较广；以及目前应用较广的的Cr12Mo、4Cr5MoVSi、Cr12V1

9、等。等。整体淬硬型塑料模具钢的最终热处理一般为淬火加低温回整体淬硬型塑料模具钢的最终热处理一般为淬火加低温回火，少数采用中温回火或高温回火，热处理后的硬度通常在火，少数采用中温回火或高温回火，热处理后的硬度通常在4550HRC以上。以上。四、时效硬化型塑料模具钢及热处理四、时效硬化型塑料模具钢及热处理时效硬化型塑料模具钢碳含量低、合金元素含量较高、时效硬化型塑料模具钢碳含量低、合金元素含量较高、经过固溶处理经过固溶处理和和时效处理时效处理后使用。后使用。时效硬化型塑料模具钢经过时效处理而获得高的力学性时效硬化型塑料模具钢经过时效处理而获得高的力学性能能，适合制作强度和韧性适合制作强度和韧性、尺

10、寸精度、光洁度和耐蚀性都要尺寸精度、光洁度和耐蚀性都要求较高的塑料模具，以及透明塑料模具等。求较高的塑料模具，以及透明塑料模具等。常用钢有低碳低镍时效硬化型塑料模具钢常用钢有低碳低镍时效硬化型塑料模具钢25CrNi3MoAl、低碳马氏体时效型塑料模具钢低碳马氏体时效型塑料模具钢18Ni、低镍马氏体时效硬化型、低镍马氏体时效硬化型塑料模具钢塑料模具钢06Ni6CrMoVTiAl（06Ni）、镜面塑料模具钢）、镜面塑料模具钢10Ni3MnMoCuAl（PMS）、易切削调质时效型塑料模具钢）、易切削调质时效型塑料模具钢Y20CrNi3AlMnMo（SM2）、时效硬化型不锈钢）、时效硬化型不锈钢05C

11、r16Ni14Cu13Nb（PCR）等。）等。五、耐蚀型塑料模具钢及热处理五、耐蚀型塑料模具钢及热处理 常用钢有常用钢有95Cr18、90Cr18o、85Cr17、102Cr17Mo等等高碳高铬型耐蚀钢，高碳高铬型耐蚀钢，14Cr17Ni2马氏体时效不锈耐酸钢和马氏体时效不锈耐酸钢和05Cr16Ni4Cu3Nb析出硬化不锈钢等。析出硬化不锈钢等。95Cr18、90Cr18MoV和和102Cr17Mo等牌号是属于高碳高等牌号是属于高碳高铬耐蚀型塑料模具钢，其预先热处理为退火，退火后的硬度为铬耐蚀型塑料模具钢，其预先热处理为退火，退火后的硬度为197 255HBW；最终热处理为；最终热处理为105

12、0 1100淬火、淬火、160200 低温回火。低温回火。0Cr16Ni4Cu3Nb（PCR）是一种析出硬化不锈钢，经过）是一种析出硬化不锈钢，经过淬火后获得单一的马氏组织体，硬度为淬火后获得单一的马氏组织体，硬度为3235HRC时可进行时可进行切削加工，然后再经过切削加工，然后再经过460480时效处理，合金碳化物弥散时效处理，合金碳化物弥散析出，使其获得较好的综合力学性能。析出，使其获得较好的综合力学性能。六、其他塑料模具材料及热处理六、其他塑料模具材料及热处理 在某些条件下工作的塑料模具，还可以选用铝合金、铍在某些条件下工作的塑料模具，还可以选用铝合金、铍青铜、锌合金和铸铁等材料。青铜、

13、锌合金和铸铁等材料。1.铜合金：铜合金：主要是铍青铜，如主要是铍青铜，如ZCuBe2、ZCuBe2.4等。一等。一般采用铸造方法成型，成本低、周期短，且可以制作出复杂般采用铸造方法成型，成本低、周期短，且可以制作出复杂模具型腔。铍青铜可以通过固溶时效处理实现强化，固溶后模具型腔。铍青铜可以通过固溶时效处理实现强化，固溶后合金处于软化状态，塑性好便于机械加工。合金处于软化状态，塑性好便于机械加工。成型后进行时效处理，合金的抗拉强度可以达到成型后进行时效处理，合金的抗拉强度可以达到11001300MPa，硬度可达，硬度可达4042HRC，能够满足使用性能要求，能够满足使用性能要求。适于制造吹塑模、

14、注射模，以及一些高导热、高强度和高耐适于制造吹塑模、注射模，以及一些高导热、高强度和高耐腐蚀的塑料模具。腐蚀的塑料模具。2 2.铝合金铝合金：变形铝合金和铸造铝合金均可用于塑料模具制变形铝合金和铸造铝合金均可用于塑料模具制造。铝合金的密度小、熔点低，加工性能和导热性能好，其中造。铝合金的密度小、熔点低，加工性能和导热性能好，其中铸造铝合金还具有优良的铸造成型性能，模具制作周期短，制铸造铝合金还具有优良的铸造成型性能，模具制作周期短，制作成本低。作成本低。典型的铸造铝合金是典型的铸造铝合金是ZAlSi7Mg，适于制作要求高导热率，适于制作要求高导热率，形状复杂的塑料模具。变形铝合金形状复杂的塑料

15、模具。变形铝合金7A09也是一种用于塑料模具也是一种用于塑料模具制作的铝合金，可以制作强度要求相对较高且导热性良好的塑制作的铝合金，可以制作强度要求相对较高且导热性良好的塑料模具。料模具。3.3.锌合金锌合金：用于制造塑料模具的锌合金主要为用于制造塑料模具的锌合金主要为ZZnAl4Cu3共晶合金，此合金可以制作出光洁而复杂的模具型腔，并可降共晶合金，此合金可以制作出光洁而复杂的模具型腔，并可降低模具制造费用和缩短生产周期。锌合金的不足之处是高温强低模具制造费用和缩短生产周期。锌合金的不足之处是高温强度较低，且易老化，因此长期使用后易出现变形或开列现象，度较低，且易老化，因此长期使用后易出现变形

16、或开列现象，适合制造吹塑模和注射模。适合制造吹塑模和注射模。第三节第三节 塑料模具材料及热处理工艺实例塑料模具材料及热处理工艺实例 一、塑料模具材料的选用原则一、塑料模具材料的选用原则 1.1.依据塑料模具服役条件和制品质量选择模具材料依据塑料模具服役条件和制品质量选择模具材料 （1）对于模具型腔表面要求高硬、耐磨，而心部要求韧性）对于模具型腔表面要求高硬、耐磨，而心部要求韧性较好的塑料模具，可选用较好的塑料模具，可选用20、20Cr、12CrNi3A、12CrNi4A等等渗碳型塑料模具钢来制造。渗碳型塑料模具钢来制造。（2）对于模具型腔复杂、精度要求高、寿命要求长的塑料）对于模具型腔复杂、精

17、度要求高、寿命要求长的塑料模具，保证模具必要精度和使用性能应选用模具，保证模具必要精度和使用性能应选用40Cr、3Cr2Mo、4Cr5MoSiV1、5CrNiMnMoSCa、8Cr2MnWMoVS等预硬型塑等预硬型塑料模具钢。料模具钢。（3）对于玻璃纤维做充填剂的热塑性塑料制品的注射模）对于玻璃纤维做充填剂的热塑性塑料制品的注射模可选用可选用T8A、T10A、9SiCr、CrWMn、Cr12V1 和和Cr12Mo 等等整体淬硬型塑料模具钢，也可选用整体淬硬型塑料模具钢，也可选用06Ni6CrMoVTiAl、18Ni、25CrNi3MoAl等时效硬化型塑料模具钢。等时效硬化型塑料模具钢。（4）对

18、于以聚氯乙烯、聚苯乙烯和）对于以聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS加抗燃树脂等为加抗燃树脂等为原料的塑料制品的模具可以选用原料的塑料制品的模具可以选用95Cr18、85Cr17、14Cr17Ni2、102Cr17Mo、90Cr18MoV和和05Cr16Ni4Cu3Nb(PCR)等耐蚀型等耐蚀型塑料模具钢。塑料模具钢。（5）对于要求型腔表面粗糙度低、光亮度高、尺寸和形）对于要求型腔表面粗糙度低、光亮度高、尺寸和形状精度高、型腔复杂，耐蚀要求高以及具有镜面抛光性和高状精度高、型腔复杂，耐蚀要求高以及具有镜面抛光性和高耐磨性要求的透明制品塑料模具应选用耐磨性要求的透明制品塑料模具应选用10Ni3MnMoCu

19、Al(PMS)、06Ni6CrMoVTiAl(06Ni)、05Cr16Ni4Cu3Nb(PCR)、18Ni等时效硬化型塑料模具钢，也可以选用等时效硬化型塑料模具钢，也可以选用3Cr2Mo(P20)、5CrNiMnMoSCa(5NiSCa)、8Cr2MnWMoVS(8Cr2S)等预硬等预硬型塑料模具钢。型塑料模具钢。2.2.依据塑料制品的生产批量选择模具材料依据塑料制品的生产批量选择模具材料 二、塑料模具材料及热处理工艺实例二、塑料模具材料及热处理工艺实例1.1.渗碳型塑料模具钢（以渗碳型塑料模具钢（以12CrNi3A 钢为例钢为例）锻造：加热温度为锻造：加热温度为1200，始锻温度为，始锻温度

20、为1150，终锻温度，终锻温度850，锻后缓冷。，锻后缓冷。退火：加热温度为退火：加热温度为740 760,保温保温4 6h 炉冷至室温。炉冷至室温。最终热处理：最终热处理：900 920渗碳，渗碳后预冷至渗碳，渗碳后预冷至800850 油冷淬火，油冷淬火，180200低温回火。低温回火。2.2.预硬型塑料模具钢（以预硬型塑料模具钢（以5CrNiMnMoSCa钢钢为例）为例）锻造：加热温度为锻造：加热温度为1100 1150，始锻温度为，始锻温度为1070 1100，终锻温度终锻温度850，锻后砂冷。，锻后砂冷。球化退火：加热温度为球化退火：加热温度为760780,保温保温3h，等温温度约，等

21、温温度约为为660，保温，保温7h，炉冷至，炉冷至550 左右出炉空冷。左右出炉空冷。淬火及回火：淬火加热温度为淬火及回火：淬火加热温度为880 900，油冷或，油冷或260 盐浴分级淬火；回火温度可以选择盐浴分级淬火；回火温度可以选择570、625、650。3.3.时效硬化型塑料模具钢（时效硬化型塑料模具钢（以以25CrNi3MoAl 钢为例钢为例）针对一般精密塑料模而言，加热至针对一般精密塑料模而言，加热至880 空冷或水冷淬火，空冷或水冷淬火，然后加热至然后加热至680，保温，保温4 6h 高温回火，空冷或水冷。切削高温回火，空冷或水冷。切削加工成形后进行时效处理，时效温度为加工成形后进行时效处理，时效温度为520 540，保温保温6 8h 后空冷。后空冷。4.4.耐蚀型塑料模具钢（耐蚀型塑料模具钢（以以05Cr16Ni4Cu3Nb钢为例钢为例）锻造：加热温度为锻造：加热温度为1180 1200，始锻温度为，始锻温度为1150 1180，终锻温度，终锻温度1000，锻后空冷或砂冷。，锻后空冷或砂冷。固溶处理：加热温度约为固溶处理：加热温度约为1050，空冷。，空冷。时效处理：加热温度为时效处理：加热温度为460 480。