正文 第四節 塑料模常用金屬材料及其熱處理(2 / 3)

CrWMn的熱處理是加熱到820~840℃進行油淬,油溫20~40℃,然後在160~200℃回火,最終硬度可達62~64HRC。

②GCr15它原是滾動軸承專用鋼,“G”為“滾”的漢語拚音,其含碳量為0.95%~1.05%,含鉻量並不是15%,而是1.3%~1.65%,因此它是一個特殊牌號的低合金工具鋼,由於含碳量高,其熱處理過程和工具鋼一樣是先球化退火,然後淬火加低溫回火,得到回火馬氏體加粒狀碳化物,硬度達到62HRC以上,有極好的耐磨性,淬火溫度約為840℃,回火溫度為160℃左右,回火保溫時間要長,以消除內應力。軸承鋼中其他雜質含量很少,對冶煉要求很高,GCr15除了作滾動軸承外,在注塑模具中應用很多,如注塑模國標推薦用它作拉模扣中的頂銷,導柱、導套、矩形定位元件、拉杆導柱、推板導柱、複位杆等標準件,也可作冷鐓模、衝裁模。它適合做先淬火後磨削拋光的零件。

③5CrMnMo、5CrNiMo兩者都是低碳低合金鋼,是典型的熱作模具鋼。其主要特點是強度高、韌性高,淬透性好,在高溫下工作有良好的抗回火性、耐熱疲勞性和耐磨性。5CrNiMo在反複受熱中熱疲勞性優於5CrMnMo,這類鋼主要用在各種熱態下工作的模具。

(2)預硬化合金鋼預硬化鋼是指鋼材的供貨狀態是經過熱處理預硬化後的模板、模塊或棒材,模具在切削加工或電加工後不再進行熱處理,這就完全避免了在熱處理過程中型腔、型芯的變形,大大提升了模具的精度和表麵質量,適應當前數控加工和電加工發展以及標準模架大量采用的趨勢,對預硬化鋼有如下要求:①有足夠的硬度,一般為30HRC左右,這一硬度比一般調質硬度250HB高得多,既滿足了在大多數情況下的使用要求,又能方便地進行切削加工;②要求在材料的任何斷麵上都要有差不多的硬度,這就要求鋼材有很好的淬透性,通過加入鉻、鎳、錳、釩、鉬、矽使鋼的淬透性大大改善;③有良好的切削加工性能,除了有適當的硬度外,還要有很好的切削加工性能;④有良好的鏡麵拋光性能和對成型表麵進行電化腐蝕刻花的性能。

①3Cr2Mo,是中碳合金鋼,即通常所說的P20,是世界各國廣泛采用的塑料模具鋼,該鋼經真空脫氣脫氧處理,使其具有優良的加工性能和均勻的力學性能,由於Cr的加入,其淬透性能好,Φ80的零件可完全淬透,Mo的加入使該鋼有一定熱強性,一般先進行調質處理後獲得相當的預硬度30~36HRC成為預硬化鋼,屈服極限1000~1400MPa強度極限1200~1800MPa,視回火溫度而定,用來加工大型複雜精密的塑料模,金相組織為回火索氏體,若在加工後滲碳淬火或氮化處理可進一步提高表麵耐磨性,調質後拋光其表麵粗糙度可達Ra0.05~0.1μm,滲碳、滲氮後拋光可達Ra0.03μm。

②3Cr2MnMo(瑞典618)、3Cr2NiMnMo(瑞典718),它們是典型的預硬化鋼,瑞典ASSAB(一勝百)公司研製618成分與美國P20類似,僅在合金元素含量上作了一些調整,增加了錳含量,它經真空脫氣處理提高了鋼材純度,以先淬火後回火的預硬化狀態供貨,屈服極限約910MPa,強度極限1044MPa,由於預硬化熱處理工藝不同有硬度為280~320HB的預硬化鋼和硬度為330~370HB的高硬塑模鋼(618HH),大尺寸的鋼材還添加了適量的鎳,以提高淬透性,該鋼的拋光性能和刻蝕性能好,機加工性能好,硬度均勻,它還可經火焰或高頻淬火處理,使硬度達50HRC,也可再滲碳或經氮化、鍍鉻再提高硬度。

718是瑞典ASSAB(一勝百)公司研製的另一種預硬化鋼,它是在3Cr2MnMo鋼的基礎上添加Ni得到的通用鏡麵塑料模具鋼,該鋼以預硬化狀態供貨,硬度為290~330HB,特硬型為330~370HB(718HH),同一截麵的硬度差小於3HRC。該鋼的常規熱處理工藝為熱軋後緩冷+奧氏體化淬火+高溫回火,我國也有采用熱軋後控冷+高溫回火的,其屈服極限為977MPa,強度極限1080MPa。718鋼還可采用火焰在局部加熱淬火,加熱溫度至800~825℃,在空氣中或壓縮空氣流中冷卻,其表麵局部硬度可達56~62HRC,表麵鍍鉻後可由370~420HV提高到1000HV,718鋼組織細密潔淨,鏡麵拋光性能好,表麵粗糙度可達Ra0.025~0.05μm。

718鋼廣泛用於各種注塑模、吹塑模、擠出模、壓塑模,是汽車工業、電子、電器行業所用各種塑料模具的主要材料。

※為保證瑞典618的淬透性,大尺寸鋼材添加了適當比例的Ni元素。

③CrNiMnMoV(國產SM1)鋼SM1鋼是預硬化鋼,可按以下工藝進行加工,首先進行零件鍛造,加熱溫度1150℃,始鍛溫度1050℃,終鍛≥850℃,進行等溫球化退火緩緩升到810℃左右保溫2~4h,冷卻到680℃再等溫4~6h,隨爐冷卻到550℃即出爐,鋼中的碳球粒化,硬度200HB左右,可進行模具零件粗加工,然後淬火,在800~850℃油淬,620~650℃回火,其硬度為35~40HRC,屈服強度σs為1020~1156MPa,可進行高速銑削、磨削等精加工。磨削拋光性能好,磨削表麵粗糙度Ra=0.27μm,拋光後為Ra=0.029μm可達到鏡麵程度,該加工工藝過程簡便易行,性能優越穩定,使用壽命長,在熱塑性塑料模、熱固性塑料壓模中得到廣泛應用。

(3)時效硬化型合金鋼為了製造高精度複雜型腔模具的需要,采用加工時硬度低(30HRC左右)然後進行時效硬化處理,由於熱處理溫度低(510℃左右),變形非常小,最終硬度約40HRC,適宜作塑料注塑模。

①10Ni3MnCuAl(我國牌號為PMS,與日本NAK80類似),是一種廣泛應用的高檔鏡麵塑料模具鋼,它是新開發的析出硬化型、時效硬化鋼,是一種低碳的鎳、銅、鋁、鐵合金鋼,目前廣泛用於家用電視機外殼等電器產品的塑料模具中。將它加熱到1120~1160℃進行鍛造,終鍛溫度≥850℃,空冷後不需退火即可進行機械加工。

其熱處理分兩段進行,為使材料軟化先在840~890℃進行固溶處理,使合金元素在材料內充分溶解並均勻化,然後空冷,組織為粒狀貝氏體及低碳板條馬氏體雙相組織,空冷後硬度為28~32HRC,之後對毛坯進行機械加工,加工完畢後進行時效熱處理,在(510±10)℃進行回火時效,最終硬度為37~42HRC。在此硬度下拋光,表麵粗糙度Ra≤0.05μm,拋光時間僅為45號鋼的一半,表麵質量好,圖案花紋的刻蝕性極佳,用來製造透明光亮的塑料鏡片等光學製品,是高級透明塑料製品析出硬化型預硬化鋼,且補焊修複性好。由於鋼材含鋁,故滲氮性能好,可在滲氮處理同時進行時效處理,滲氮能進一步提高表麵硬度,提高耐磨性,可用於玻纖增強塑料的精密成型模具,PMS鋼中含碳量在下限時此鋼實際為鐵鎳鋁銅合金,具有可逆回火時效特性,在650℃高溫回火軟化後可進行高精度複雜型腔的冷擠壓成型,如再經時效處理仍能獲得較高的強度和40HRC的硬度。

②Y20CrNi3AlMnMo(國產SM2)鋼,它是另一種時效硬化的易切削鋼,零件加工過程是先進行鍛造,始鍛1050℃,終鍛≥850℃,鍛後空冷不必退火。將毛坯加熱到870~930℃進行固溶處理,空冷,然後機械加工,待機械加工完畢後在500~520℃時效6~10h,這時鋼的硬度升到39~40.5HRC,屈服強度1058~1107MPa,拉伸強度1280MPa。

SM2鋼在時效硬化後加工性能好,可拋光到Ra0.029μm的鏡麵,由於含有鋁、鉻等元素,可進行滲氮,氮碳共滲,離子滲氮等表麵硬化處理。SM2性能優良,加工工藝方便,壽命長,在電子、儀表、家電、輕工等行業塑料模具中應用廣泛。

(4)熱作模具鋼能夠在高溫下工作的模具鋼,常用來做紅熱鋼材的熱鍛模,鋁合金、鋅合金壓鑄模,高溫擠壓模,在塑料模中用不了這麼高的溫度(可高達600℃以上),但熱固性塑料壓模注塑模熱流道板等常處於200℃以上的環境中連續工作,也要求高溫下不退火,具有足夠的強韌性和耐熱疲勞性。

①3Cr2W8型鋼這一類的鋼包括3Cr2W8、3Cr2W8V屬於鎢係列低碳高合金鋼,它們是高耐熱的熱作模具鋼,有較高的熱硬性和熱強度,還有一定的韌性,用於鋁合金壓鑄成型模,能承受500℃以上的高溫和金屬熔液的衝擊力,在我國應用也十分廣泛,由於要求韌性好,因此含碳量不宜太高,這種鋼熱膨脹係數較小,耐蝕性和紅硬性較好,導熱性好,熱處理變形也較小,但高溫韌性較差,近來研究表明提高3Cr2W8V鋼的淬火溫度和回火溫度可增加斷裂韌性和高溫熱疲勞性。3Cr2W8V的淬火溫度為1100℃,回火溫度550℃,硬度為48HRC。