點擊上方↑模具行業(yè)，請關注我們關于提醒讀者和作者注意欺詐的聲明已被刪除。如果您需要全文，請購買雜志或到知識網(wǎng)絡下載塑料模具鋼，主要用于制造和生產(chǎn)塑料產(chǎn)品的模具。塑料模具的工作特點是：不僅要承受熱塑料熔融液的侵蝕和磨損，還要承受氯、氟等有害氣體的腐蝕。其工作環(huán)境復雜，合金元素種類多，內(nèi)部影響機制多樣化。為了提高塑料產(chǎn)品的質(zhì)量，擴大應用領域，塑料模具鋼正朝著高精度、高效率、使用壽命長的方向發(fā)展。目前，新型塑料模具鋼的發(fā)展主要有兩種方式：①開發(fā)高性能、低成本的新鋼種，結合我國資源和冶金技術的實際情況；②引進一些國外性能優(yōu)良的鋼材，進行定位開發(fā)，取代昂貴的進口鋼材。中國在十三五規(guī)劃中明確提出：在塑料模具鋼方面，對于718種塑料模具鋼，為模具鋼制造商提供高溫均質(zhì)化、鍛造模具鋼制造商提供高溫均質(zhì)化、鍛造和預熱處理技術的輸出工藝參數(shù)。此外，基于成分、工藝、組織和服務性能的研究，開發(fā)大截面、高均勻、節(jié)能貝氏體預硬塑料模具鋼和高拋光、易切割、耐腐蝕鏡塑料模具鋼。國內(nèi)外塑料模具鋼概況1現(xiàn)代工業(yè)，模具領先，目前瑞典、德國、日本、法國等鋼鐵強國，技術先進，模具鋼品種齊全，形成了幾個世界知名品牌，除熟悉瑞典、日本同類企業(yè)、德國葛利茲、奧地利博樂、日本高周波、日立金屬、瑞典斯堪納集團也在行業(yè)中聞名。與歐美國家相比，中國的模具鋼研究起步較晚。一開始，沒有塑料模具鋼專用鋼系列，選擇的鋼種較多，包括20鋼、45鋼等碳結構鋼，T8鋼、T碳素工具鋼工具鋼，40鋼Cr、38CrMoAl等合金結構鋼，Cr12等合金工具鋼，甚至H13等通用模具鋼，由于不是專用鋼，使用壽命短，消耗大，模具成型產(chǎn)品質(zhì)量低。雖然自20世紀90年代以來，我國塑料模具鋼一直處于高速追趕狀態(tài)，但仍存在以下三個主要問題：①低端產(chǎn)品市場供過于求。由于低端產(chǎn)品市場準入門檻低，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)在市場競爭中陷入惡性競爭；②同類高端產(chǎn)品嚴重依賴進口，進口產(chǎn)品價格達到國內(nèi)同類產(chǎn)品3~6倍；③國內(nèi)大多數(shù)特鋼企業(yè)在生產(chǎn)設備和技術應用上無法實現(xiàn)對產(chǎn)品的長期穩(wěn)定控制，不同批次產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。大截面和高均勻塑料模具鋼2用作大截面模具P20鋼最初由美國提出，屬于中碳Cr-Mo塑料模具鋼含1.85%Cr、1.30%Mn、0.40%Mo等合金元素可以保證淬透性。目前大型塑料制品包括家電外殼、汽車中控臺等，最大尺寸為600mm以上，為了使如此大的模塊整體硬度均勻，必須進一步提高淬透性，傳統(tǒng)P20合金結構鋼不能滿足大型塑料制品的要求。因此，模具鋼制造商基于中國的標準P在20鋼的基礎上不斷改進，形成企業(yè)自身的牌號，具體的牌號和成分如表1所示。KPM高周波推出了30P20改良塑料模具鋼P與20鋼相比，它具有更好的硬度、切削性能和淬透性。在相同切削長度的條件下，刀具的磨損可減少50%，厚度為500mm從表面到心臟的硬度均勻性顯著提高。718系列包括718鋼和718H鋼、718HH其中8鋼等P在20鋼的基礎上加入0.8%~1.2%的Ni，從而顯著提高其韌性、塑性和耐腐蝕性。FBEAUDET進一步研究發(fā)現(xiàn)，在P20＋0.5%Ni鋼中，加入0.35%V，能夠提高模塊的淬透性，在同等組織條件下，模塊的尺寸可增加88%，此試驗結果同樣適用于718鋼。葛利茲的1.2738鋼的成分與718鋼一致，出廠硬度為32~36HRC，可用于保險杠、儀表板、大型垃圾桶等大型模具零件。HH鋼化學成分為0.27%C、0.30%Si、1.55%Mn、1.35%Cr、1.00%Ni，以34~38HRC預硬出廠適用于保險杠、儀表板、門板等表面要求較高的大型汽車覆蓋件的模具零件。在國內(nèi)十一五期間，上海大學先進模具材料及應用技術研發(fā)團隊與寶鋼特鋼、宏盛重工等企業(yè)共同成功試制了大截面預硬塑料模具鋼SDP2738。SDP在718鋼的基礎上，2738減少了Ni含量增加Mn降低生產(chǎn)成本，采用精確的空冷水冷淬火技術，使模塊最大厚度達到1250mm截面硬度波動≤4HRC，可替代進口的718HH等大截面預硬化塑料模具鋼。上海大學研發(fā)的另一種大截面貝氏體預硬型塑料模具鋼SDP一、專利授權：ZL2.5)生產(chǎn)周期比718鋼縮短一半，厚度可達1100mm，成品硬度波動≤3HRC，718、2738可替代進口P20等鋼適用于家用電器大截面塑料模具、汽車內(nèi)飾模具等。通過合金成分優(yōu)化，江來珠發(fā)明的貝氏體大截面塑料模具鋼加入0.005%~0.008%N和微量Ti元素，Ti/N=3/4，將碳含量控制在0.20%~0.30%，整個截面的粒狀貝氏體和良好的力學性能可在軋/鍛后獲得，無需調(diào)質(zhì)。模塊最大厚度可達500mm。易切削塑料模具鋼3降低塑料模具制造成本、縮短模具制造周期、提高力學性能將成為產(chǎn)品研發(fā)的主要趨勢，針對以上問題，除了提高切削技術和切削刀具質(zhì)量外，模具材料本身的加工性能也必須進行優(yōu)化。為改善預硬鋼的被切削性能，研究者在鋼中添加S、Sn、Pb、Bi、Ca、Cu、Ti、Mg等易切割元素。國外易切割鋼的研究起步較早。1920年，美國首次成功開發(fā)易切割鋼并成功生產(chǎn)。它有90多年的發(fā)展歷史。目前，超過一半的國際易切割鋼市場由日本和美國占據(jù)。特別是在易切割塑料模具鋼領域，日本具有絕對優(yōu)勢。具有代表性的品牌和化學成分如表2所示。目前，日本高周波鋼廠主要推廣以下兩種易切割塑料模具鋼：①KAP90F是H13改進型Cu易切割鋼，Cu含量為0.23%~0.其他合金元素含量為0.39%C、1.00%Si、0.45%Mn、5.30%Cr、1.10%Mo、0.55%V，出廠硬度為38~42HRC，主要用作推桿和模具標準件；②KAP65(成分未公開)Ni-Al化合物沉淀形成硬化的先進塑料模具鋼，硬度為40HRC，主要用作精密成型產(chǎn)品。日本大同NAK55是S-Cu系易切削時效硬化型塑料模具鋼，出廠硬度為37~43HRC，S和Cu其硬度和切削性能都很好，可用于高質(zhì)量、高硬度的精密模具。CorroplastFM鋼材由德國蒂森克虜伯鋼廠開發(fā)，1.在2085鋼的基礎上加入0.1%S，提高了Mn含量降低C在保證耐腐蝕性的條件下，提高淬透性。DFRIE研究發(fā)現(xiàn)，加工1.加工22個槽后，2085鋼刀具損壞嚴重，不能繼續(xù)使用；加工CorroplastFM鋼刀加工52個凹槽后，情況依然良好，無明顯損壞，CorroplastFM鋼的切削性能優(yōu)于1.2085鋼。葛利茲鋼廠1.2312鋼是在P在20的基礎上添加約0.06%S，從而成為硫系易切塑料模具鋼，交貨狀態(tài)為29~34HRC，最大截面尺寸約4000mm，硬度均勻性好，主要用于生產(chǎn)要求稍高的模架和模芯，加工性能好。1953年，中國開始研究易切割鋼，首先開發(fā)易切割鋼S系，隨后是Ca系和Ti然后開發(fā)稀土易切割鋼。Cr2MnWMoVS鋼是由華中科技大學和首鋼特鋼聯(lián)合開發(fā)的易切削精密模具鋼，硫含量為0.08%~0.15%，S在鋼中以MnS當存在非金屬夾雜物時，不僅可以降低切削力，還可以潤滑刀具，延長刀具的使用壽命，而且如果形成低熔點FeS-Fe的共晶或MnS和FeS固溶體可能會產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象。葉月華等研究發(fā)現(xiàn)，通過控制錳硫含量比≥4可避免熱脆現(xiàn)象。此時，鋼中的硫和錳全部形成MnS。此外，硅的切削性能受損，脫碳傾向會增加，其含量應控制在0.4%以下。P20S、P20BS、P20SRe、P20BSCa都是上世紀90年代華中科技大學研發(fā)的，都屬于P20改進鋼種。P20BSCa合金元素為0.37%C、0.78%Si、1.43%Mn、0.99%Cr、0.22%Mo、0.09%V、0.0023%B、0.075%S、0.002的合金化特點是添加Cr、V、微量B作為強韌性元素，有效保證淬透性和適量Mo能凈化晶界，從而抑制回火脆性的發(fā)生，S-Ca在復合系統(tǒng)中S在易切割鋼的基礎上，通過適量Ca的加入，對MnS夾雜物的大小和形狀發(fā)揮MnS夾雜物由條狀變?yōu)榧忓N狀，進一步提高了切削性能和潤滑效果。SDPCu由上海大學開發(fā)的塑料模具鋼熱處理工藝為淬火1030℃＋回火500~600℃，淬火回火硬度為35~45HRC，塑料模具鋼加入Cu提高元素方法4Cr切削性能13，達到4Cr13S易切割鋼的水平，提高了耐腐蝕性和皮紋蝕刻性，可替代進口鋼M333鋼。耿鴻明等研究發(fā)現(xiàn)，Cu提高切割性能的原因是產(chǎn)生了銅-石墨復合相，可以作為固體潤滑劑潤滑工具，在刀片上形成固體潤滑膜，減少切割過程中的切割熱量，減少刀具的磨損。耐腐蝕塑料模具鋼4塑料產(chǎn)品含有大量的合成樹脂和填料、填料、穩(wěn)定劑、潤滑劑、顏料等添加劑，在熔化狀態(tài)下沉淀氯、氟等元素的腐蝕性氣體，甚至在高濕度空氣中。目前，提高塑料模具鋼耐腐蝕性的主要方法是在鋼中添加Cr、N等元素。國外模具制造商通常使用馬氏體不銹鋼作為塑料制品的成型材料，其中420馬氏體不銹鋼是典型的鋼材Cr13型馬氏體不誘鋼，即2Cr13馬氏體不銹鋼。Cr13型馬氏體不銹鋼是指Cr含碳量約13%，含碳量約13%（≤0.45%)較低的不銹鋼還包括馬氏體不銹鋼，它們添加了其他合金元素來提高不銹鋼的性能。目前占據(jù)高端不銹鋼耐腐蝕鋼市場的鋼種多為420不銹鋼及其改良型，具體品牌和化學成分如表3所示。葛利茲鋼廠在420鋼的基礎上，結合自身優(yōu)勢，先后開發(fā)了1.2083系列和1.2316系列，1.2083鋼一般以退火態(tài)交貨，合金元素主要有0.40%C、13%Cr，主要用于耐腐蝕塑料模具，拋光性能優(yōu)異。.2083VictoryESR合金成分與1.2083年鋼材基本一致，但冶金時采用了更先進的電渣重熔技術，可獲得更干凈、更均勻、更致密的鋼錠，應用于1.2083鋼類似，但可用于粗糙度要求較高的模具。.2083VictoryESR＋N在1.2083VictoryESR在此基礎上添加0.25%V，降低了0.02%C，添加適量N，進一步提高鋼的耐腐蝕性。.2085鋼是一種耐腐蝕預硬塑料模具鋼，出廠硬度為28~33HRC，合金元素包括0.33%C、16%Cr、0.25%Ni、0.07%S，S增加提高了鋼的加工性能，主要用于鑲嵌、模架等。大同特種鋼G-STAR是1.2085鋼改良版合金元素包括0.35%C、16%Cr、1%Mo及適量的S，出廠時為預硬態(tài)31~34HRC，主要用于耐腐蝕模架模座。日立金屬的HPM38鋼是13Cr系含Mo耐腐蝕鋼，工廠狀態(tài)為淬火回火，使用硬度為50~55HRC，主要用作磁帶外殼、醫(yī)療器械、碗碟等模具。CENAl預硬不銹鋼實現(xiàn)了耐腐蝕和拋光性能的完美結合Cr、Al、Ni等元素以CrNiAl、Cr、NiAl等形式沉淀，起到沉淀硬化的作用，常用作耐腐蝕、高鏡面要求、高光無痕成型模具。MIRRAX40為耐腐蝕預硬模具鋼，出廠硬度可達360~400HB，合金元素含量為0.21%C、0.9%Si、0.45%Mn、13.5%Cr、0.2%Mo、0.25%V、0.6%Ni、適量的NoN和Ni適用于腐蝕性塑料的注射模和吹塑模，可有效提高耐腐蝕性。CORRAX碳含量僅為0.鎳含量為9，03%.2%，鋁含量為1.6%可及時硬化至40%~51HRC，耐腐蝕性好。STAVAXESR它是一種耐腐蝕性好、拋光性好的塑料模具鋼材料。研究表明，回火溫度越高，耐腐蝕性越差；慢冷試樣的耐腐蝕性比快冷試樣差。在國內(nèi)，Cr系模鋼是目前應用最廣泛的耐腐蝕塑料模鋼，主要有：2Cr13、3Cr13、3Cr17、4Cr13、9Cr18、1Cr17Ni2、9C 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