时效硬化型塑料模具钢


用于塑料成型的合金模具钢

渗碳塑料模具钢

B预硬塑料模具钢

C时效硬化塑料模具钢

对于复杂,精确和长寿命的塑料模具,要维持其高寿命,模具材料在使用条件下必须具有较高的综合机械性能。因此,应使用最终热处理。然而,使用常规的最终热处理工艺(淬火,回火)通常会导致模具的热处理变形,从而使模具的精度难以满足要求。时效硬化的塑料模具钢经过固溶硬化(通常为HRC 28 35)后会变软,可以进行切割和加工,然后在冷成形后进行时效处理,从而可以获得较高的综合机械性能和时效变形,很小。而且,这种钢具有良好的焊接性能,并且可以被表面渗氮等,并且适合于制造复杂,精确,高寿命的塑料模具。

时效硬化塑料模具钢主要包括马氏体时效钢和沉淀硬化钢两种。

马氏体时效钢

自从1959年马氏体时效钢出现以来,由于其高强度/密度比,良好的机加工性,可焊性和简单的热处理系统,它立即被航空航天工业所接受。高度重视和快速发展,最典型的钢号是18N]马氏体时效钢,其屈服强度等级为MPa。在过去的十年中,马氏体时效钢在模具制造中得到越来越广泛的应用。尽管它的成本比普通模具钢高得多,但由于马氏体时效钢,它具有许多良好的性能和较长的使用寿命。因此,使用它的最终成本可能低于普通工具钢。另外,对于模具,对钢性能的要求低于对航空工业的要求,并且可以适当降低冶金质量和性能要求。同时,已经开发出一些非钻孔和低镍马氏体时效钢(例如国产的06Ni6CrMoVTA1钢),这大大降低了钢的成本并扩大了马氏体时效钢在模具行业中的应用[47-501 ,典型的马氏体时效钢为18Ni(200),18Ni(250),18 N1(300)和18Ni(350)。

马氏体时效钢与传统的高强度钢不同,后者不依靠碳含量来硬化。这种钢的碳含量非常低,是一种超低碳钢。当时效硬化时,马氏体基体中会发生金属间化合物的沉淀,从而完成强化。因此,马氏体时效钢与常规钢不同。特殊性能,固溶处理后形成的低碳马氏体相对较软,约为HRC 30 35,时效处理后非常坚硬,尺寸变形小。这样,可以在固溶处理状态下将材料加工成形状复杂的模具,然后进行时效处理以确保模具的使用性能和精度。

18Ni马氏体时效钢通常在约820°C的温度下进行处理,保持时间计算为每25 mm最小横截面尺寸1小时。时效硬化处理温度通常为455-5400-,保温时间为3-12小时。在480°C的典型时效温度下,对于18N](200),18N](250),18Ni(300)钢,绝缘3-6h; 18Ni(350)钢,绝缘6-12h。 18Ni(350)钢在将3-6ho保持在495-510°C进行压铸时,有些钢还会使用530°C时效。经过时效处理后,18Ni(200)的长度收缩率为0.04,18N)(250)的长度收缩率为0.06%,18Ni(300)和18Ni(350)的长度收缩率为0.08%。由于时效硬化过程中尺寸变化很小,因此许多马氏体时效钢可以在固溶处理后进行精加工。此外,由于时效硬化工件的尺寸变化(收缩),对于尺寸精度也有一定的规定。高触感剂允许在老化之前具有收缩余量以用于时效硬化。马氏体时效钢的时效强化作用非常大且相对较快。时效强化机理是:在时效过程中,由于析出相为细小的析出颗粒NOT和条状析出物NOM,因此NOM中存在Mo,Ni,Fe,Co等元素。这是因为这些析出相均匀地分布在具有细颗粒的基质中,从而使钢显着增强。

b沉淀硬化钢

沉淀硬化钢也是较新的钢种之一。它比马氏体时效钢(尤其是镍)所含合金元素更少。该材料在固溶处理后(约30 HRC)具有较低的硬度,可以进行切割加工,然后在形成模具后进行时效处理,从而使硬度达到HRC 40左右。时效变形小(约0.01),适合于制造高强度,高韧性的精密塑料模具。代表性钢种为25CrNi3MoAl(中国),P21(美国),N3M,N5M,NAK55,NAK80,HPMI(旧)。

沉淀硬化钢基本上是一种低碳中合金钢。钢中含有大量的镍和铬,因此其奥氏体稳定性好。在时效过程中,由于NIAI相的沉淀和从基体中富集,铜相得到了强化。热处理过程通常包括三个部分:奥氏体固溶处理(淬火);和高温回火(也称为二次固溶处理)和时效处理。

(1)固溶处理:目的是获得细条状马氏体,以提高钢的韧性。

(2)高温回火处理:通过固溶处理得到的马氏体硬度高,为了使加工容易而使钢的硬度降低,因此需要高温回火。选择高温回火工艺既需要马氏体的完全分解,也需要NiAl相的去溶剂化。例如,25CrNi3MoAl钢的马氏体组织非常稳定,在650°C以上回火后可以完全分解为回火马氏体。从另一个角度来看,由于钢中的强化相NiAl在400-630°C的温度范围内被去溶剂化,因此高温回火处理温度应设置在钢的临界点以下和钢的脱附温度之上。 NiAl相。通常,使用650-680`C。这样,钢中的碳化物形成元素的原子具有很强的扩散能力,并且碳化物形成了合金碳化物,合金渗碳体沉淀并迅速生长,马氏体为多边形,避免了NiM相。脱溶剂温度的范围使得钢材具有更好的软化效果,并且将要冷成形的模具进行随后的时效硬化处理以获得期望的性能。

(3)时效处理:通过时效处理获得钢的最终性能。为了通过在时效处理中使NIAI相溶解来使析出硬化钢强化,需要在NiAI相的脱溶剂温度范围内进行时效处理。

此外,由于沉淀硬化钢的时效温度范围等于氮化温度,因此可以在氮化炉中与氮化处理同时进行时效处理。

[出处:模具钢手册/陈在志,兰德(Lander)编辑。北京:冶金工业出版社,2002.3

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