【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 P20)、3Cr2NiMo(P4410)、8Cr2MnWMoVS、4Cr5MoSiVl、P20SRe、5NiSCa等?！　?) 3Cr2Mo鋼 3Cr2Mo(現(xiàn)為SM3Cr2Mo)鋼是最早列入標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)硬化塑料模具鋼，相當(dāng)于美國(guó)P20鋼，同類型的還有瑞典(ASSAB)的71德國(guó)的40CrMnMo日本的HPM2鋼等。3Cr2 Mo鋼是GB/T 12991985中惟一的塑料模具鋼，主要用于聚甲醛、ABS塑料、醋酸丁酸纖維素、聚碳酸酯(PC)、聚酯(PEF)、聚乙烯(DPE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)等熱塑性塑料的注射模具?！　∥覈?guó)某廠推薦的3Cr2Mo鋼的強(qiáng)韌化熱處理工藝：淬火溫度840~880℃，油冷；溫度600~650℃，空冷，硬度28~33HRC?！　∶绹?guó)標(biāo)準(zhǔn)(AISI, SAE)推薦的P20鋼滲碳后的熱處理工藝：淬火溫度820~870℃，回火溫度150~260℃，空冷，硬度58~64HRC (滲碳層表面硬度)?！　?2）8Cr2MnWMoVS (8Cr2S)鋼 為了改善預(yù)硬化鋼的切削加工性，在保證原有性能的前提下添加一種或幾種易切削合金元素，成為一種易切削型的預(yù)硬化鋼?！　?Cr2S鋼是我國(guó)研制的硫系易切削預(yù)硬化高碳鋼，該鋼不僅用來(lái)制作精密零件的冷沖壓模具，而且經(jīng)預(yù)硬化后還可以用來(lái)制作塑料成型模具。此鋼具有高的強(qiáng)韌性、良好的切削加工性能和鏡面拋光性能，具有良好的表面處理性能，可進(jìn)行滲氮、滲硼、鍍鉻、鍍鎳等表面處理?！　?Cr2S鋼熱處理到硬度為40~42HRC時(shí)，其切削加工性相當(dāng)于退火態(tài)的Tl0A鋼(200HBS)的加工性。綜合力學(xué)性能好，該鋼有良好的光刻浸蝕性能?！　?Cr2S鋼的淬火加熱溫度為860~920℃,油冷淬火、空冷淬火或在240~280℃硝鹽中等溫淬火都可以。直徑100mm的鋼材空冷淬火可以淬透，淬火硬度為62~64HRC?；鼗饻囟瓤稍?50~620℃溫度范圍內(nèi)選擇，回火硬度為40~48HRC。因加有S，預(yù)硬硬度為40~48HRC的8Cr2S鋼坯，其機(jī)械加工性能與調(diào)質(zhì)到30HRC的碳素鋼相近?！　?duì)于復(fù)雜、精密、高壽命的塑料模具，模具材料在使用狀態(tài)必須有高的綜合力學(xué)性能，為此，必須采用最終熱處理。但是，采用一般的最終熱處理工藝，往往導(dǎo)致模具的熱處理變形，模具的精度就很難達(dá)到要求。而時(shí)效硬化型橡塑模具鋼在固溶處理后變軟(一般為28~34HRC)，可進(jìn)行切削加工，待冷加工成形后進(jìn)行時(shí)效處理，可獲得很高的綜合力學(xué)性能。時(shí)效熱處理變形很小，而且該類鋼一般具有焊接性能好，可以進(jìn)行滲氮等優(yōu)點(diǎn)。適合于制造復(fù)雜、精密、高壽命的塑料模具?！　r(shí)效硬化型塑料模具鋼有馬氏體時(shí)效硬化鋼和析出（沉淀）硬化鋼兩大類?！　?)馬氏體時(shí)效硬化鋼 馬氏體時(shí)效硬化鋼有屈強(qiáng)度比高、切削加工性和焊接性能良好、熱處理工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。典型的鋼種是18Ni系列，屈服強(qiáng)度可高達(dá)1400~3500MPa。這一類鋼制造模具雖然價(jià)格昂貴，但由于使用壽命長(zhǎng)，綜合經(jīng)濟(jì)效益仍然很高。　 2)析出(沉淀)硬化鋼 析出硬化型鋼也是通過(guò)固溶處理和沉淀析出第二相而強(qiáng)化，硬度在37~43HRC左右，能滿足某些塑料模具成型零件的要求。市場(chǎng)以40HRC級(jí)預(yù)硬化供應(yīng)，仍然有滿意的切削加工性。這一類鋼的冶金質(zhì)量高，一般都采用特殊冶煉，所以純度、鏡面研磨性、蝕花加工性良好，使模具有良好的精度和精度保持性。其焊接性好，表和心部的硬度均勻。析出硬化型塑料模具鋼的代表性鋼號(hào)有25CrNi3MoAl，屬低碳中合金鋼，相當(dāng)于美國(guó)P21鋼。析出硬化型鋼制的模具零件還可通過(guò)滲氮處理進(jìn)一步提高耐磨性、抗咬合能力和模具使用壽命。 　　生產(chǎn)對(duì)金屬有腐蝕作用的塑料制品時(shí)，工作零件采用耐蝕鋼制造。常用鋼種有Crl3型和9Crl8鋼等可強(qiáng)化的馬氏體型不銹鋼。序號(hào)鋼號(hào)熱處理硬度備注1Crl3系列 980~1050℃油冷，650~700℃回火，油冷?？蛇M(jìn)行滲氮提高表面硬度和耐磨性,但耐蝕性會(huì)下降229~341HBS29crl8 850℃預(yù)熱，1050~1100℃奧氏體化油冷,—80℃冷處理，160~260℃回火3H，130~140℃去應(yīng)力退火15~20h58~62HR 3SSTAR第一次預(yù)熱500℃，第二次預(yù)熱80℃，奧氏體化溫度1020~1070℃，空冷、油冷或氣冷均可，回火：①要求酎蝕性，200~400℃回火,按60~90min/25mm。②要求高硬度，490~510℃回火,按50~90min/25mm 精度保持要求高的模具零件需進(jìn)行冷處理 以預(yù)硬化鋼交貨, 31~34HRC；淬火回火態(tài)交貨,≤229HBS日本大同特特鋼公司 　　需要指出的是，用現(xiàn)有不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)的鋼號(hào)制作高鏡面要求的塑料模具鋼成型零件，其表面質(zhì)量的要求是難以滿足的。因此開(kāi)發(fā)了耐腐蝕鏡面塑料模具鋼。例如已進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的法國(guó)CLC2 316 H鋼(同類型的德國(guó)X36CrMol7)，是預(yù)硬化型的抗腐蝕鏡面塑料模具鋼。 耐腐蝕塑料模具鋼零件的熱處理與一般不銹鋼制品的熱處理基本相同，其熱處理工藝可以參考我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):熱處理工藝標(biāo)準(zhǔn)在ZB/T36017一1990《不銹鋼和耐熱鋼熱處理》?！　』瘜W(xué)熱處理能有效地提高模具表面的耐磨性、耐蝕性、抗咬合、抗氧化性等性能。幾乎所有的化學(xué)熱處理工藝均可用于模具鋼的表面處理?；瘜W(xué)熱處理就是利用化學(xué)反應(yīng)和物理冶金相結(jié)合的方法改變金屬材料表面的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，從而使材料表面獲得某種性能的工藝過(guò)程?！　』瘜W(xué)熱處理普遍地由三個(gè)基本過(guò)程組成：　　1）活性原子的產(chǎn)生 通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生活性原子或借助一些物理方法使欲滲入的原子的能量增加，活性增加?！　?）材料表面吸收活性原子活性原子 首先被材料表面吸附，進(jìn)而被表面吸收，此過(guò)程為一個(gè)物理過(guò)程?！　?）活性原子的擴(kuò)散 材料表面吸收了大量活性原子，使得表面層該原子的濃度大為提高，為滲入原子的擴(kuò)散創(chuàng)造了條件，活性原子不斷地滲入表面層，經(jīng)擴(kuò)散就形成了一定深度的擴(kuò)散層。　　以上三個(gè)過(guò)程進(jìn)行的程度都與溫度和時(shí)間兩個(gè)要素有關(guān)，因此溫度和時(shí)間是化學(xué)熱處理過(guò)程中兩個(gè)重要的工藝參數(shù)?！　B碳是一種歷史悠久、應(yīng)用相當(dāng)廣泛的化學(xué)熱處理方法。迄今為止，滲碳或碳氮共滲仍然屬于應(yīng)用廣泛的表面強(qiáng)化方法，由于經(jīng)濟(jì)、可靠，今后仍將在熱處理生產(chǎn)中占有主導(dǎo)地位。近年來(lái)，又發(fā)展了高頻、離子及真空滲碳等方法，后者克服了以往滲碳法的不足，使表面活性化，可以大大縮短滲碳時(shí)間?！　B碳技術(shù)主要用于低碳鋼制造模具零部件的表面強(qiáng)化。中高碳的低合金模具鋼和高合金鋼也可以進(jìn)行滲碳或碳氮共滲。高碳低合金鋼滲碳或碳氮共滲時(shí)，應(yīng)盡可能選取較低的加熱溫度和較短的保溫時(shí)間，可以保證表層有較多的未溶碳化物核心，滲碳和碳氮共滲后，表層碳化物呈顆粒狀，碳化物總體積也有明顯增加，可以增加鋼的耐磨性?！　≈懈咛几吆辖痄撨€可進(jìn)行高溫滲碳，因?yàn)樵诟邷貖W氏體化時(shí)，在這類鋼中仍能殘留較多難溶的彌散的碳化物。對(duì)這類含大量強(qiáng)碳化物形成元素進(jìn)行滲碳，使?jié)B層沉淀出大量彌散合金碳化物的工藝稱為CD滲碳法。3Cr2W8V鋼制造壓鑄模具時(shí)，先滲碳，再經(jīng)1140~1150℃淬火，550℃回火兩次，表面硬度可達(dá)58~61HRC，用于有色金屬及其合金的壓鑄模具，~3倍。65Cr4W3Mo2VNb等基體鋼有高的強(qiáng)韌性，但其表面的耐磨性常嫌不足。對(duì)這類鋼制作的模具進(jìn)行滲碳或碳氮共滲，可顯著提高其使用壽命?！　B碳是為解決鋼件表面要求高硬度、高耐磨性而心部又要求較高的韌性這一矛盾而發(fā)展起來(lái)的工藝方法。滲碳就是將低碳鋼工件放在增碳的活性介質(zhì)中，加熱、保溫(使碳原子滲入鋼件表面,并向內(nèi)部擴(kuò)散形成一定碳濃度梯度的滲層。滲碳并不是最終目的，為了獲得高硬度、高耐磨的表面及強(qiáng)韌的心部，滲碳后必須進(jìn)行淬火加低溫回火的處理。滲碳的優(yōu)點(diǎn)是：1）獲得比高頻淬火硬度高、更耐磨的表層以及韌性更好的心部，不受零件形狀的限制；2）與滲氮工藝相比有滲層厚、可承受重負(fù)荷、工藝時(shí)間短的優(yōu)越性?！　〉珴B碳工藝過(guò)程繁瑣，滲碳后還要進(jìn)行淬火加回火的處理；工件變形大；與高頻淬火相比生產(chǎn)成本高；滲碳層的硬度和耐磨性不如滲氮層高?！　B碳工藝按滲碳介質(zhì)可以分為氣體滲碳、液體滲碳和固體滲碳。1．固體滲碳　　固體滲碳是在固體滲碳介質(zhì)中進(jìn)行的滲碳過(guò)程。滲碳劑由兩部分組成：固體炭和催滲劑。固體炭可以是木炭也可以是焦炭。堿金屬或堿金屬的碳酸鹽可用作催滲劑，其醋酸鹽有更好的催滲作用和活性?！　」腆w滲碳的反應(yīng)是這樣進(jìn)行的，高溫下滲碳劑發(fā)生分解：　　　　　　　　Na2CO3→Na2O+CO2　　　　　　　　Ba CO3→BaO+CO2　　高溫下分解出的CO2與熾熱的炭發(fā)生還原反應(yīng)：　　　　　　　　CO2+C→2COCO氣體吸附在工件表面，在Fe的催化作用下發(fā)生滲碳反應(yīng)：　　　　　　　　2CO→C(Fe)+CO2　　固體滲碳是在充滿滲碳劑的密封鋼制箱中進(jìn)行的，一股采用箱式電爐加熱滲碳箱。固體滲碳的優(yōu)點(diǎn)是：無(wú)需專用滲碳設(shè)備，滲碳工藝簡(jiǎn)單，特別適用于沒(méi)有專用滲碳設(shè)備、批量小、變化多樣零件的條件。其缺點(diǎn)是滲碳過(guò)程質(zhì)量控制困難，滲碳加熱效率低，能源浪費(fèi)大?！　　)一般滲碳工藝規(guī)范 b)分級(jí)滲碳工藝規(guī)范　　工藝規(guī)范中，在800~850℃透燒的目的是減小靠箱壁的工件與箱子心部工件滲碳層的差別。透燒時(shí)間的多少取決于滲碳箱的大小?！　B碳保溫時(shí)間取決于滲層的深度要求，在(930土10)℃溫度范圍內(nèi)，~。根據(jù)滲層深度就可大致估算出保溫時(shí)間?！　》旨?jí)滲碳工藝規(guī)范中，當(dāng)滲碳深度接近要求深度的下限值時(shí)，將爐溫降低到840~860℃保溫一定時(shí)間進(jìn)行擴(kuò)散，使表面碳濃度降低，滲層加厚，這樣可防止網(wǎng)狀滲碳體的出現(xiàn)。對(duì)于本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，可免去正火清除網(wǎng)狀滲碳體的過(guò)程，滲碳后直接淬火。　　固體滲碳的操作主要體現(xiàn)在使用試樣來(lái)確定獲得所要求的滲層深度的出爐時(shí)間。在滲碳箱中放置兩種試樣，一種是插入箱內(nèi)的Φ10mm的鋼棒，要求它與工件材料相同，在滲碳過(guò)程中可隨時(shí)抽取檢驗(yàn)；另一種試樣是埋入箱中的，隨件出爐，供滲碳處理后檢查金相組織和硬度。為了能正確反映工件滲碳效果，試樣應(yīng)靠近工件放置。2氣體滲碳　　雖然固體滲碳有很多優(yōu)點(diǎn)，如可以用各種形式的加熱爐、不需要任何控制氣氛、對(duì)小批量和大工件比較經(jīng)濟(jì)、不需要特殊緩冷設(shè)備等；但它也有很多不利之處，如工作環(huán)境條件差，在要求較淺的滲碳層時(shí)不易控制滲碳層深度、碳含量及碳濃度的梯度，需要直接淬火時(shí)操作比較困難等。為了消除這些缺點(diǎn)，改善工作條件，提高效率，常需要采用氣體滲碳法。　　將氣體滲碳劑通入或滴入高溫的滲碳爐中，進(jìn)行裂化分解，產(chǎn)生活性原子，然后滲入模具表面進(jìn)行的滲碳就是氣體滲碳。　　常見(jiàn)的氣體滲碳劑有兩類：一類是碳?xì)浠衔锏挠袡C(jī)液體，采用滴入法，將液體滲碳劑（如煤油、苯、甲苯、丙酮等）滴入高溫的滲碳爐；另一類是氣體，可直接通入滲碳爐中，有天然氣、丙烷及吸熱式可控氣氛。后者成分常隨地區(qū)、時(shí)間而有所不同，較難控制，使產(chǎn)品質(zhì)量多不穩(wěn)定；前者成分穩(wěn)定，便于控制，但價(jià)格較貴?！　怏w滲碳的主要設(shè)備是滲碳爐。氣體滲碳爐可以分為批裝式和連續(xù)式兩大類。批裝式爐是把工件成批裝人爐內(nèi)，滲碳完畢后再成批出爐。連續(xù)式爐是把工件依次連續(xù)地從爐的一端送入爐中滲碳，而在滲碳完畢后從爐的另一端輸出。氣體滲碳工藝需要根據(jù)工件的鋼種、形狀、數(shù)量、滲碳層深度、滲碳層內(nèi)碳的濃度及梯度等要求和現(xiàn)有設(shè)備條件來(lái)選擇。影響滲碳層深度、濃度及梯度的主要因素除鋼種外，主要是滲碳?xì)怏w的碳勢(shì)、滲碳溫度和滲碳時(shí)間。決定滲碳速度的基本因素是碳在奧氏體中的擴(kuò)散速度，這種擴(kuò)散速度隨溫度的升高而迅速增加。因此，為了加速滲碳的進(jìn)行，在不導(dǎo)致晶粒粗化的前提下，應(yīng)采用盡可能高的滲碳溫度，一般為（900~950）℃。但較高的溫度容易產(chǎn)生網(wǎng)狀碳化物、晶粒粗大，從而降低性能?！　∫后w滲碳是在能提供活性碳原子的熔融鹽浴中進(jìn)行的。它的優(yōu)點(diǎn)是:設(shè)備簡(jiǎn)單，滲碳速度快，碳量容易控制等。它適合于無(wú)專門的滲碳專用設(shè)備、中小零件的小批量生產(chǎn)?！　B碳用鹽浴通常由滲碳劑和中性鹽組成。前者主要起滲碳作用，提供活性碳原子，后者主要起調(diào)節(jié)鹽的相對(duì)密度、熔點(diǎn)和流動(dòng)性的作用。最初的液體滲碳都是采用氰鹽作為滲碳劑，由于氰鹽毒性大，容易造成環(huán)境污染和有害人體健康，我國(guó)已經(jīng)很少采用，代之以無(wú)毒鹽配方。如“603”滲碳劑：NaCl5%，KCl10%，Na2 CO315%，(NH2)2CO 20%，木炭粉(100目)5%。另一滲碳劑：木炭粉(60~100目)70%，NaCl 30%。　　在鹽浴配方確定的前提下，滲碳工藝就是確定滲碳溫度和時(shí)間，滲碳溫度取決于工件的滲層厚度要求、零件是否易變形以及精度要求等。如果滲層要求不深、工件易變形或?qū)ψ冃我髧?yán)格，可選擇較低的滲碳溫度(850~900) ℃；如果工件要求滲層厚、又不易變形；則要選擇較高的滲碳溫度(910~950) ℃?！　←}浴滲碳與鹽浴加熱熱處理工藝相似，但在配制滲碳鹽浴時(shí)應(yīng)先將中性鹽熔化，待要達(dá)到滲碳溫度時(shí)，再將滲碳劑加入鹽浴。滲碳劑加入鹽浴可能產(chǎn)生沸騰，此時(shí)停止加熱，待平靜后再加熱添加鹽。隨著溶碳過(guò)程的進(jìn)行，滲碳劑在消耗，鹽浴的滲碳能力下降，此時(shí)應(yīng)掏出一部分舊鹽，按比例加一定量新鹽。液體檢碳一般隨工件放入三個(gè)試樣，一個(gè)決定出爐時(shí)間，另外兩個(gè)隨工件出爐，以供測(cè)定滲層深度和金相組織用。為了減少鹽浴的揮發(fā)和輻射熱損失，以及減少空氣中氧的侵入，鹽浴上面可覆蓋石墨、炭粉、固體滲碳劑粉末。液體滲碳工件的熱處理可采取以下方式：將工件移到等溫槽中預(yù)冷，直接淬火；工件在等溫槽中預(yù)冷后空冷(目的是減少工件表面脫碳)，然后重新加熱淬火?！　B氮也稱氮化，是在一定溫度下(一般在Ac1以下)將活性氮原子滲入模具表面的化學(xué)熱處理工藝。滲氮后模具的變形小，具有比滲碳更高的硬度，可以增加其耐磨性、疲勞強(qiáng)度、抗咬合性、抗蝕性及抗高溫軟化性等。滲氮工藝有氣體滲氮、離子滲氮。　　滲氮工藝有以下特點(diǎn)。1）氮化物層形成溫度低，一般為480~580℃，由于擴(kuò)散速度慢，所以工藝時(shí)間長(zhǎng)。2）氮化處理溫度低，變形很小　　3）滲氮工件不需