模塑料模具鋼材料與模具熱處理工藝

??塑料成形用模具產(chǎn)值已在模具工業(yè)總產(chǎn)值中占首位。中國(guó)過去無專用塑料模具用鋼。近年在引進(jìn)國(guó)外塑料模具用鋼的同時(shí)，自行研制和開發(fā)出一些新的塑料模具專用鋼。
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??1、預(yù)硬型塑料模具鋼
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??這類鋼在鋼廠經(jīng)過充分鍛打后制成模塊，預(yù)先熱處理至要求的硬度（一般預(yù)硬至30~35RHC）后，供使用單位制模。P20（即3Cr2Mo）是國(guó)外使用最廣泛的預(yù)硬塑料模具鋼，已列入我國(guó)合金工具鋼標(biāo)準(zhǔn)，八十年代以來已在我國(guó)一些工廠廣泛采用。718是瑞典生產(chǎn)的改型P20鋼，較P20有更高的淬透性，調(diào)質(zhì)后可在大截面尺寸保持硬度均勻一致，亦在我國(guó)得到較廣泛地使用。
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??2、易切削預(yù)硬鋼
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??為了改善預(yù)硬塑料模具鋼的被切削性能，可加入易切削元素。美國(guó)、日本、德國(guó)都發(fā)展了一些易切削預(yù)硬鋼。國(guó)外易切削預(yù)硬鋼主要是S系，也有S-Se系、Ca系。但Se價(jià)格較貴。S系易切削鋼的各向異性較大，在截面增大時(shí)，硫化物的偏析比較嚴(yán)重。
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??我國(guó)研制了一些含硫易切削預(yù)硬塑料模具鋼，如8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）和S-Ca復(fù)合易切削塑料模具鋼5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）。5NiSCa鋼采用了S-Ca復(fù)合易切削系和噴射冶金技術(shù)，改善了硫化物的形態(tài)、分布和鋼的各向異性,在大截面中硫化物的分布仍比較均勻。5NiSCa鋼有高的淬透性和鏡面拋光性，模具硬度為35~45HRC時(shí)，可順利進(jìn)行各種加工。
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??3、非調(diào)質(zhì)塑料模具鋼
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??這種鋼不經(jīng)調(diào)度處理，鍛、軋后可達(dá)到預(yù)硬硬度，有利于節(jié)約能源、降低成本、縮短生產(chǎn)周期。我國(guó)開發(fā)的這類鋼有：中碳錳硼系空冷貝氏體鋼、可用于制作塑料模和橡膠模；非調(diào)質(zhì)塑料模具鋼2Mn2CrVTiSCaRe(FT),鋼中加入S、Ca、Re做為易切削元素，比S-Ca復(fù)合系易切削鋼有更好的切削性能；低碳MnMoVB系非調(diào)質(zhì)貝氏體型大截面塑料模具鋼（B30），鋼中加入S、Ca作為易切削元素，工業(yè)試生產(chǎn)表明400mm厚板坯熱軋后空冷，硬度沿截面分布較均勻。
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??4、時(shí)效硬化鋼
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??我國(guó)開發(fā)了幾種低鎳時(shí)效硬化鋼，這些鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后進(jìn)行機(jī)械加工，再經(jīng)時(shí)效，通過析出金屬間化合物提高硬度，熱處理后變形很小。時(shí)效硬化鋼適于制作高精度塑料模具、透明塑料用模具等。
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??這類鋼有25CrNi3MoAl、10Ni3Mn2AlCu（PMS）和06Ni6CrMoVTiAl等鋼。這些鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后，硬度為20~30HRC，可進(jìn)行機(jī)械加工，再經(jīng)時(shí)效，硬度可達(dá)38~42HRC、。
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??5、耐蝕塑料模具鋼
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??塑料制品在以化學(xué)性腐蝕塑料為原料時(shí)，模具需具有防腐蝕性能，一般采用耐蝕鋼制造模具，此時(shí)還要求有較好的耐磨性。常用的鋼種為4Cr13(420)、9Cr18、17-4PH。PCR(0Cr16Ni4Cu3Nb)是我國(guó)開發(fā)的一種耐蝕塑料模具鋼，有較好的綜合力學(xué)性能良好的抗蝕性。
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??5、硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金
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??硬質(zhì)合金是用粉末冶金方法制造的一類復(fù)合材料。硬質(zhì)合金的硬度很高、耐磨性好，有高的彈性模量和高的使用工作溫度。用于制作某些模具，模具使用壽命可提高數(shù)倍、數(shù)十倍以上。但硬質(zhì)合金較脆，抗彎強(qiáng)度和韌性較差，且不能進(jìn)行機(jī)械加工。硬質(zhì)合金作為模具材料，主要用于拉絲模具、受沖擊力不大的冷擠和冷沖模具等。目前,我國(guó)已可生產(chǎn)各類牌號(hào)的硬質(zhì)合金，基本上可以滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需要。
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??為了滿足制造集成電路板鉆孔用的微型鉆頭、計(jì)算機(jī)用的點(diǎn)陣打印針、精密工模具等的需要，近年來，各國(guó)都研制出一些微晶（WC晶粒小于1微米）和超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金（WC晶粒小于0.6微米）,傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金中，WC晶粒尺寸為1.3～1.5微米。超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金彌補(bǔ)了常規(guī)硬質(zhì)合金的許多不足，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍，在制造耐磨耐沖擊工模等方面取得了良好的效果。我國(guó)一些研究單位和硬質(zhì)合金廠已研制出多種牌號(hào)的微晶硬質(zhì)合金和超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金。開發(fā)高性能超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金目前仍是硬質(zhì)合金研究的熱點(diǎn)。
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??鋼結(jié)硬質(zhì)合金是以碳化物為硬質(zhì)相，鋼作粘接相形成的復(fù)合材料。鋼結(jié)硬質(zhì)合金有良好的耐磨性，其強(qiáng)度和韌性一般高于硬質(zhì)合金，并具有可熱處理性、可切削加工性、可鍛性和可焊性這樣一些工藝性能。模具是鋼結(jié)硬質(zhì)合金的主要應(yīng)用領(lǐng)域。我國(guó)于60年代開始研制這種材料，已研制成多種牌號(hào)的鋼結(jié)硬質(zhì)合金，用作模具的鋼結(jié)硬質(zhì)合金，硬質(zhì)相主要用TiC和WC，鋼的基體主要采用低合金鉻鉬鋼、中高合金工具鋼或高速鋼，如TiC系的GT35、R5、D1、T1和WC系的TLMW50、GW50、GJW50。鋼結(jié)硬質(zhì)合金已用于制作冷鐓模、擠壓模、拉伸模、沖裁摸、拉絲模、熱鐓模等。
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??粉末冶金技術(shù)的發(fā)展和熱等靜壓的應(yīng)用，導(dǎo)致七十年代無偏析粉末高速鋼的生產(chǎn)和使用，其主要特點(diǎn)是強(qiáng)韌性、可磨削性、等向性、熱處理工藝性都優(yōu)于一般高速鋼，并有比較高的使用壽命。以后用此技術(shù)生產(chǎn)常規(guī)工藝無法生產(chǎn)的高碳高釩高耐磨冷模具鋼，這類鋼有較好的切削加工性和磨削性能，并有較好的韌性，制成的模具使用壽命與一些硬質(zhì)合金相近。國(guó)外已生產(chǎn)多種牌號(hào)的粉末冶金高耐磨冷模具鋼，國(guó)內(nèi)尚少研究。