模具材料的性能对模具的使用寿命有决定性的影响模具工程师的重要任务之一。
模具热处理和表面强化是模具制造的关键过程,是保证模具质量和使用寿命的重要环节。在模具故障中,由于热处理不当,实际使用证明占很大比例。
模具用途广泛,工作条件差异大,模具制造材料范围广。目前,冲压模具、塑料模具、压铸模具、粉末冶金模具的材料主要为钢,部分模具也可采用低熔点合金和非金属材料。
模具材料的性能要求和选择原则
模具钢的主要性能要求如下:
1.硬度和耐磨性(最重要的模具故障形式决定了模具的使用寿命)
2.加工性能(模具零件形状复杂,热处理变形小)
3.强度和韧性(足够的强度承受高压,冲击载荷要求高韧性)
4.淬火、抛光、耐腐蚀(塑料和添加剂的腐蚀)。
模具钢按用途可分为三类:
1,冷模钢:制作冷态金属变形模具,包括:冷冲压模具、冷挤压模具、冷轧模具、粉末压制模具。要求高硬度、高耐磨性、足够的强度和韧性。
2.热模钢:在压力下制造加热固体或液体金属的模具,包括:热锻模具和压铸模具。高温下需要足够的强度、韧性和耐磨性,以及高热疲劳的耐力和导热性
3.塑料模具钢:制造各种塑料模具。塑料品种多,要求差异大,模具材料范围广。主要要求工艺性能高(热处理变形小、抛光好、耐腐蚀)
选择一般原则:满足使用性能要求,工艺性能好,经济性考虑适当。
热处理工艺常用于模具
模具热处理包括模具材料热处理和模具零件热处理。
模具材料热处理:在钢厂完成,确保钢材质量,如基本机械性能,金相组织应符合国家标准或行业标准。其特点是在大型工业炉中大规模生产。
模具零件热处理:在模具厂或专业热处理厂完成。其特点是小批量或单件生产,工艺复杂多样,设备精良。
热处理方法分为预备热处理和最终热处理。常用方法有:正火、退火、淬火、调质、渗碳、氮化等,见表。
冷作模具钢及其热处理
冷模具主要用于金属或非金属材料的切割、拉伸和弯曲。工作部件承受各种机械力,如拉伸、弯曲、冲击、疲劳和摩擦。
主要失效形式:断裂、堆塌、磨损、粘附(咬合)、咬伤、软化等。
冷作模具钢的主要性能要求:高变形抗力、断裂抗力、耐磨性、耐疲劳性和粘附性
常用材料包括:
碳工具钢,T10A,T12A
低合金钢,9Mn2V、CrWMn、9SiCr、GCr15
高合金钢,Cr12、Cr12MoV
主要特点:含合金钢C马氏体相变点含量高,合金元素多,合金元素降低钢Ms
冷作模具钢及其热处理
冷模钢热处理特点:加热方法(预热或阶梯加热)、加热介质(控制气氛炉、真空炉)、冷却方法(减少变形)、表面处理(深冷处理、渗氮)、工艺间保护(及时清洗)
碳工具钢热处理:用于小型简单冷作模具工作部件,要求不高,(T8A,T10A),T10A应用最广泛,强度和韧性高。碳工具钢淬透性差,常规淬火后淬硬层1.5~3.0mm。
低合金钢热处理:俗称油淬钢,淬火温度低,在油中冷却,变形小,尺寸稳定性好。
主要材料有:铬钨锰钢:(CrWMn,9CrWMn),锰钒钢(9Mn2V),高碳铬钢(Cr铬硅钢(9)SiCr)
高合金钢的热处理:主要是高铬高碳钢,淬透性极高,具有微变形性,也叫微变形钢,是高级冷作钢。
代表钢号Cr12,Cr12MoV,Cr12W,Cr5MoV等
火焰淬火冷模具钢的热处理:专门为简化大型、特大型冷模具的生产工艺而开发的热处理特点是:淬火温度范围很宽(880-1150℃),适用于手动操作;淬火性高,空冷后表面硬度高,芯部性能好;淬火变形倾向小。
冷作模具钢与热作模具钢的区别:冷作模具钢注重硬度和耐磨性。高碳含量,合金元素主要是为了提高淬火性和耐磨性。热模钢具有适当的硬度要求,注重红度、导热性和耐磨性。因此,碳含量低,合金元素主要是提高淬火性、耐磨性和红色硬度。
塑料模具钢及其热处理
塑料模具钢的主要特点:
1.范围广:从普通钢到专用钢。专用钢有自己的系统,钢号前加SM
2.性能要求严格,热处理难度大,需要抛光和镜面质量
3,避免变形
4,耐腐蚀
5,易切削性
各种钢型的热处理
▇预硬化塑料模具钢的热处理
▇易切削预硬化塑料模具钢的热处理
▇非合金碳塑料模具钢的热处理
▇渗C塑料模具钢的热处理
▇耐腐蚀塑料模具钢的热处理
▇及时硬化塑料模具钢的热处理
●预硬化钢一般是指钢厂进行最终热处理(淬火回火)的钢材。
●典型的预硬化塑料模具钢为:SM3Cr2Mo.热处理工艺为840-880℃淬火,油冷,600--650℃回火、空冷、供应硬度32HRC。
●对应的美国钢材是P20,德国钢40CrMnMo7,日本HPM2。P20钢渗C后热处理工艺为: 820--870℃淬火,150--260℃回火、空冷、渗C层硬度58-64HRC。德国钢40CrMnMo7淬透性比SM3Cr2Mo加工性好,抛光性好。
●在保证原有性能的前提下,加入一种或多种易切合金元素。
●典型材料有:8CrMnWMoVS(8CrS),含S热处理硬度为40-42HRC当时,其切削加工相当于退火状态T10A钢(200HBS),具有良好的抛光和光刻侵蚀性。典型热处理:800±10 ℃退火,保温2-4h,降温到700-720 ℃,保温4-6h,炉冷,硬度<=229HBS,880-920 ℃淬火、空冷、硬度63HRC,160-200 ℃回火,空冷,硬度>=58HRC。
●高韧性易切割钢:5CrNiMnMoVSCa
●非合金中碳塑料模具钢是冶金质量(纯度)较高的中碳碳结构钢,含C量在0.4%—0.6%。
●典型材料有:SM45、SM50.同类日本钢号为S45C—S58C。其热处理工艺与传统工艺相同,对于小、精度要求低的塑料模具零件,首选该钢种。
●渗C塑料模具钢:对于受冲击较大的塑料模具零件,需要表面硬心部韧,采用渗透C钢。一般零件20。Cr。对表面质量要求高的零件采用专用钢种:12CrNi3A。
●耐腐蚀塑料模具钢用于制造腐蚀金属的塑料制品模具 零件。
●典型钢种有:Cr13、9Cr18等可加强马氏体不锈钢。其热处理与普通不锈钢制品相同。
●及时硬化塑料模具钢:对于形状复杂、精度高、寿命长的塑料模具零件,采用及时硬化钢,减少热处理变形,提高模具零件的精度保持。固溶后模具零件变软(28-34HRC),易于加工成型,然后及时硬化,获得所需的综合力学性能。
●马氏体时效硬化钢具有高屈强比、良好切削性能和焊接性能。典型钢种有18Ni硬度28HRC,480 ℃时效3h,硬度可提高到43HRC,保温时间长,硬度可达52HRC。
●硬化型钢的沉淀是通过固溶处理和沉淀沉淀第二相加强的,硬度可达37-43HRC。代表钢号有:25CrNi3MoAl。这种钢冶金质量高,一般采用特殊冶炼,读纯读好,镜面研磨性好。热处理分为:第一次固溶(淬火)、第二次固溶(回火)和及时处理。
市场上常用的塑料模具钢
●718塑料模具钢(43元/单位)
●718塑料模具钢:交货状态已预加硬HB285-320(HRC30-35)不需要再硬化,永不变形;可以再硬化到HRC40.性能说明:适用于电腐蚀(电火花)加工,易于镜面抛光;淬透性好,综合力学性能好。主要用于:
(1)长期生产或大型塑胶料模具;
(2)具有镜面抛光要求的大型塑料模具。
●718H ( 36元/单位) 铬镍钼合金钢是真空熔炼,出厂前已经淬火回火,有以下两个优点:无淬火热处理变形风险 无热处理费 缩短模具生产周期 降低模具成本(例如,不需要侨正变形) 模具易于修正 氮化和火眼硬化可用于提高模具的表面硬度和耐磨性。H主要用途:大型长寿命塑料注塑模具,如家用电器、计算机外壳等高表面光洁度塑料产品模具吹塑模具硬度高,可用于塑料模具滑块成型工具、压缩制动模具(弯曲模具),(根据生产需要进行火焰硬化或氮化处理)结构部件和轴 ●718H钢材特长: 抛光加工性好,钢材纯度高.
●出厂状态:预硬HB 330-370
●S136 (96元/单位)
●S136 --高耐磨耐腐蚀预硬镜钢一胜百(瑞典)ASSAB STAVAX ESR(S-136)为高档不锈钢工具钢,具有以下特点:
●耐腐蚀性好
●抛光性好
●耐磨性好
●机械加工性能优异
● 淬火具有上述优点,稳定性好,使钢种具有优异的生产特性。由于其优异的耐腐蚀性,塑料模具的优点概述如下:
● 模具长期使用后,模具表面仍保持原有的光滑状态。
HPM38 (日立金属 )
高耐磨耐腐蚀预硬镜钢材HPM38是13Cr系含Mo不锈钢经过特殊溶解制成,具有良好的耐腐蚀性。因此,最适用于硬度高、耐腐蚀镜面要求高的塑料模具,HPM38热处理尺寸变化很小,适用于精密热处理。此外,它具有良好的腐蚀性,有利于模具的维护。主要用于:日常透明产品(家用电器、医疗、食品)高抛光模具和耐腐蚀橡胶模具。如:通信设备部件、医疗设备部件等。
特点:抛光性好,耐腐蚀性好,热处理尺寸极小 。
热作模具钢及其热处理
热模主要包括锻模、热挤压模、压铸模等
主要失效形式:断裂(开裂或机械疲劳裂纹)、塑性变形或型腔堆积、热疲劳、热磨损和热熔损伤.
热作模具钢的主要特点:除工艺性能好外,它还需要高强度、韧性、硬度和热稳定性,在不同的温度下。一般包括C多元合金化(含量低)Cr、W、Mo、Ni、V、Si、Co等)
高韧性热作模具钢:用于制造受冲击载荷大的热作模具工作部件。
典型钢号:5CrNiMo和5CrMnMo。
高热强度热作模具钢:主要生产压铸模具和机锻模具的工作部件。它需要高热强度、热疲劳、热熔损伤、回火阻力和热稳定性。它通常含有更多Cr、W、Si、Mo、V等合金元素。代表钢号有: 4Cr5MoSiV、 4Cr5MoSiV1(国外牌号H13)、4Cr3Mo3SiV
高耐磨热作模具钢:具有红硬度和良好的热磨损性,高温强度、高温韧性和热稳定性。代表钢号:3Cr2W8V,含W高淬火温度:1100-1150 ℃,为减少变形,应缓慢加热,应预热复杂和大型零件
其他模具材料的热处理
铸铁模具热处理:制造大型复杂模具,球墨铸铁和合金铸铁一般选用。典型的热处理是正火和高温回火。
铸钢模具热处理:大锻模具,典型代表ZG5CrMnMo、ZG5CrNiMo等热处理一般为正火和回火。
钢结硬质合金热处理:以钢基体为粘结相,以金属碳化物为硬质相,通过粉末冶金工艺压制烧结。其热处理与合金工具钢基本相同。
时效硬化钢
通过及时热处理可以提高合金钢的硬度,