1•化学成分及相变点
3Cr2NiMo钢是3Cr2Mo钢的改进型,是在3Cr2Mo钢中添加了质量分数为0.8%〜1.2%的镍,其化学成分见表3-7所示。
国内试制的P4410钢实际成分,与瑞典生产的P20钢改进型718钢一致。
表3-7P4410的化学成分<质量分数)
<%)
C
Mn
Si
Cr
Mo
Ni
P
S
0.28
0.60
0.20
1.40
0.30
0.80
0.40
1.00
0.80
2.00
0.55
1.20
0.020
0.015
相变点A5725C、AC38IOC、Ms280C。
2•生产工艺
碱性平炉粗炼-真空脱气、钢包喷粉精炼-水压机锻造
-粗加工-超声波探伤-调质热处理-检验出厂。
经此工艺生产出的钢材达到较高的洁净度,组织细密,镜面抛光性能好,表面粗糙度可达Ra0.05〜0.025卩m。
3•性能特点
经860C淬火,650C回火后,室温及高温力学性能见
表3-8所示。
表3-8P4410钢的力学性能
实验温度/C
a
b/MPa
a
s/MPa
8(%>
书(%>
a
k/(J/cm2>
HRC
室温
1120
1020
16
61
96
35
200
1006
882
13.6
56
—
—
400
882
811
14.0
67
—
—
P4410钢在硬度值为32〜36HRC范围内,具有良好的车、铳、磨等加工性能。
P4410钢也可采用火焰局部加热淬火,加热温度800〜
825C,在空气中或用压缩空气冷却,局部表面硬度可达56〜62HRC,可延长模具使用寿命。
也可对模具进行表面镀铬,表面硬度可由370〜420HV提高到1000HV,显著
提高模具的耐磨性和耐蚀性。
P4410钢制造的模具,局部损坏后也可用补焊法修补,焊接质量良好,可以进行加工。
4•应用
P4410钢在预硬态<30〜36HRC)使用,防止了热处理变形,适于制造大型、复杂、精密塑料模具。
该钢也可采用渗氮、渗硼等化学热处理,处理后可获得更高表面硬度,适于制作高精密的塑料模具。
<三)8Cr2MnWMoVS<8Cr2S)钢
8Cr2MnWMoVS属易切削精密塑料成形模具钢,是为适应精密塑料模和薄板无间隙精密冲裁模之急需而设计的,其成分设计采用了高碳多元少量合金化原则,以硫作为易切削元素。
8Cr2S钢的化学成分及性能在第一章第二节已经介绍过,这里就使用方面再进一步介绍。
1.钢的特点
<1)热处理工艺简便,淬透性好:
空冷淬硬直径0
100mm以上,空淬硬度为61.5〜62HRC,热处理变形小。
当860〜900C淬火,160〜300C回火时,轴向总变形率V0.09%,径向总变形率V0.15%。
<2)切削性能好:
退火硬度为207〜239HBS,切削加
工时,可比一般工具钢缩短加工工时1/3以上。
硬态40〜45HRC时,用高速钢或硬质合金刀具进行车、铣、刨、镗、钻等加工,相当于碳钢调质态,硬度为30HRC左右的切削性能,远优于Cr12MoV钢退火态硬度为240HBS时的切削性能。
<3)镜面研磨抛光性好:
采用相同的研磨加工,其表面粗糙度比一般合金工具钢低1〜2级,最低表面粗糙度为Ra0.1口m。
<4)表面处理性能好:
渗氮性能良好,一般渗氮层深达
0.2〜0.3mm,渗硼附着力强。
2•应用
8Cr2S作为预硬钢适宜于制作各种类型的塑料模、胶木模、陶土瓷料模以及印制板的冲孔模。
该钢种制作的模具配合精密度较其它合金工具钢高1〜2个数量级,表面粗造
度低1〜2级,使用寿命普遍高2〜3倍,有的高十几倍。
<四)5CrNiMnMoVSCa<5NiSCa)钢
5NiSCa属易切削高韧性塑料模具钢,在预硬态<35〜
45HRC)韧性和切削加工性良好;镜面抛光性能好,表面粗糙度低,可达Ra0.2〜0.1卩m,使用过程中表面粗糙度
保持能力强;花纹蚀刻性能好,清晰,逼真;淬透性好,可作型腔复杂、质量要求高的塑料模。
该钢在高硬度下V50HRC以上),热处理变形小,韧性好,并具有较好的阻止裂纹扩展的能力。
1.化学成分及相变点
5NiSCa钢采用中碳加镍,其主要化学成分见表3-9。
表3-95NiSCa钢的化学成分<质量分数)
<%)
~C~ICr~~N~IMnIMoI~V~~S~I~CT"
0.570.891.031.190.520.260.0280.003
|||6
加热时相变点695〜735C,冷却时相变点378〜
305C,Ms220C。
2.工艺性能
<1)锻造:
加热温度1100C,始锻温度1070〜1100C,终锻温度850C,锻后砂冷。
<2)球化退火:
加热温度770C,保温3h,等温温度
660C,保温7h,炉冷到550C出炉空冷。
退火硬度W241HBS,加工性能良好。
<3)淬火:
淬火温度880〜900C,小件取下限,大件
取上限,油冷或260C硝盐分级淬火。
3.力学性能
5NiSCa钢经880C和900C淬火后的力学性能,见表3-
10所列。
表3-105NiSCa钢不同温度淬火及回火后的力学性能
淬火
/C
回火
/C
a
0.2/M
pa
a
b/MP
a
a
bc/M
Pa
8
(%>
(%>
a
』(J/cm2>
HRC
880
575
1240
.7
1274
.0
1271
.1
8.8
42.1
46.1
45.5
625
1240
.7
1274
.0
1271
.1
8.8
42.1
46.1
39
650
1008
.4
1045
.7
1011.
4
9.0
45.3
56.8
36
900
575
1364
.2
1430
.8
1442
.6
7.9
39.6
42.1
47
625
1252
.4
1291
.6
1355
.3
8.3
41.7
49
41.5
650
1061
.3
1084
.9
1110.
3
10.5
47.0
66.6
37
4.生产应用
5NiSCa钢可用作型腔复杂、型腔质量要求高的注射
模、压缩模、橡胶模,印制板冲孔模等效果显著。
<五)丫55CrNiMnMoV<SM1)
SM1属易切削调质型预硬化塑料模具钢,预硬态交货,预硬硬度为35〜40HRC。
易切削效果明显、性能稳定、综合性能明显优于45钢,还具有耐蚀性较好和可渗氮等优
点。
1•化学成分及相变点
丫55CrNiMnMoV钢的化学成分,见表3-11。
表3-11SM1钢化学成分<质量分数)(%>
C
Mn
S
P
Cr
Ni
Mo
V
Si
0.50
0.60
0.80
1.20
001IO
OL
0000
V
0.03
0
0.80
1.20
1.00
1.50
0.20
0.50
0.10
0.30
V
0.40
相变点AS712C、AC3772C、MS290C
2.工艺性能
<1)锻造:
锻造性能良好,锻造无特殊要求。
<2)软化处理:
800C加热、保温3h,680C等温加热5h,硬度W235HBS。
<3)淬火、回火:
800〜860C加热油淬,600〜650C回火。
3•力学性能
经上述处理后,SM1的力学性能见表3-12所示。
表3-12SM1钢的力学性能
a』MPa
a
0.2/Mpa
85(%>
书(%>
a
2
k/(J/cm
>
硬度
HRC
1176
980
15
45
44
35
4•实际应用
丫55CrNiMnMoV钢生产工艺简便易行,性能优越稳定,使用寿命长。
经电子、仪表、家电、玩具、日用五金等行业推广应用,效果显著。
四、时效硬化型塑料模具钢
此类钢的共同特点是含碳量低、合金度较高,经高温淬火<固溶处理)后,钢处于软化状态,组织为单一的过饱和固溶体。
但是将此固溶体进行时效处理,即加热到某一
较低温度并保温一段时间后,固溶体中就会析出细小弥散
的金属化合物,从而造成钢的强化和硬化。
并且,这一强化过程引起的尺寸、形状变化极小。
因此,采用此类钢制造塑料模具时,可在固溶处理后进行模具的机械成形加工,然后通过时效处理,使模具获得使用状态的强度和硬度,这就有效地保证了模具最终尺寸和形状的精度。
此外,此类钢往往采用真空冶炼或电渣重熔,钢的纯净度高,所以镜面抛光性能和光蚀性能良好。
这一类钢还可以通过镀铬、渗氮、离子束增强沉积等表面处理方法来提高耐磨性和耐蚀性。
下面介绍几种时效硬化型塑料模具用钢。
<一)25CrNi3MoAl钢
25CrNi3MoAl属低镍无钴时效硬化钢,这是参考了国外同类钢的成分,并根据我国冶炼工业的特点及使用厂对性能的要求加以改进而研制的一种新型时效硬化钢,为我国时效硬化型精密塑料模具专用钢种填补了空白。
1.化学成分及相变点
25CrNi3MoAl钢的化学成分见表3-13。
表3-1325CrNi3MoAl钢的化学成分<质量分数)<%)
C
Cr
Ni
Mo
Al
Si
Mn
S、P
0.2〜
1.2〜
3.0〜
0.2〜
1.0〜
0.2〜
0.5〜
0.3
1.8
4.0
0.4
1.6
0.5
0.8
0.03
相变点Ac"40C、Ac3780C、Ms290C。
2•力学性能
<1)硬度:
25CrNi3MoAI钢经不同温度固溶及时效处理
后的硬度分别见表3-14及表3-15。
表3-1425CrNi3MoAI钢经不同温度固溶处理后的硬度
加热温度/C<保温
30min)
830
920
960
1000
硬度HRC
50
48.5
46.4
45.6
表3-1525CrNi3MoAI钢时效处理后的硬
度
时效温度/c
500
520
540
硬度HRC
35.5〜38
39〜41
39〜42
<2)室温力学性能:
25CrNi3MoAI钢经880C固溶,
680C回火,540C时效处理8h后的力学性能见表3-16
表3-1625CrNi3MoAI钢的室温力学性能
HRC
ab/Mpa
as/MPa
8(%>
书(%>
①
ak
/(J/cm2>
39〜42
1260〜
1170〜
13〜
55〜59
45〜52
1350
1200
16.8
①ak值为夏比U形试样冲击韧度值。
3.热处理工艺
<1)用作一般精密塑料模具:
淬火加热温度880C,空冷或水冷淬火,淬火硬度48〜50HRC,再经680C,4〜6
h高温回火,空冷或水冷,回火硬度22〜23HRC,经机加
工成形。
再经时效处理,时效温度520〜540C,保温6〜8
h,空冷,时效硬度39〜42HRC。
再经研磨、抛光或光刻花纹后装配使用。
时效变形率大约为-0.039%。
<2)用于高精密塑料模具:
淬火加热温度880C,再经
680C高温回火,其余工艺同上。
但在高温回火后对模具进行粗加工和半精加工,再经650C保温1h,消除加工后的残留内应力,然后再进行精加工。
此后的时效、研磨、抛光等工艺仍同上。
经此处理后时效变形率仅为-0.01%〜-
0.02%。
<3)用于对冲击韧度要求不高的塑料模具:
对退火的锻坯直接经粗加工、精加工,进行520〜540C、6〜8h的时
效处理,再经研磨、抛光及装配使用。
经此处理后,模具硬度40〜43HRC,时效变形率W0.05%。
<4)用作冷挤型腔工艺的塑料模具:
模具锻坯经软化处理后,即对模具挤压面进行加工、研磨、抛光。
然后对冷挤压模具型腔和模具外形进行修整,最后对模具进行真空时效处理或表面渗氮处理后再装配使用。
4•特点及应用
综上所述,25CrNi3MoAI钢有如下特点:
<1)钢中含镍量低,价格远低于马氏体时效钢,也低于
超低碳中合金时效钢。
<2)调质硬度为230〜250HBS,常规切削加工和电加工性能良好。
时效硬度为38〜42HRC,时效处理及渗氮处
理温度范围相当,且渗氮性能好,渗氮后表层硬度达1000HV以上,而心部硬度保持在38〜42HRC。
<3)镜面研磨性好,表面粗糙度可在Ra0.2〜0.025卩
m,表面光刻浸蚀性好,光刻花纹清晰均匀。
<4)焊接修补性好,焊缝处可加工,时效后焊缝硬度和
基体硬度相近。
25CrNi3MoAI钢可用以制作普通及高精密塑料模具,经十多家工