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pp罩壳注塑模具的设计论文.doc 21页
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1.前言………………………………………… 3
2.塑件材料及工艺分析……………………… 4
3.拟定模具的结构形式和初选注射机……… 5
4.浇注系统的设计…………………………… 8
5.成型零件的机构设计及计算……………… 11
6.脱模推出机构的设计……………………… 14
7.模架的确定………………………………… 16
8.冷却系统的设计…………………………… 17
9.排气槽的设计……………………………… 19
10.导向与定位结构的设计…………………
11.结束语……………………………………
12.参考文献…………………………………
21 1．前言
随着社会的经济技术不断地在向前发展，对注塑成型的制品质量和精度要求都有不同程度的提高。塑料制品的造型和精度直接与模具设计和制造有关，对塑料制品的要求就是对模具的要求。而我作为一名机械设计制造及其自动化的学生，本身的学习和研究方向就是模具设计及其制造，这个PP罩壳注塑模具的设计不仅仅能够把我大学四年所学的知识用到实处，也对我们进入岗位研究创新有非常巨大的意义。
注塑成型制品在整个塑料制品所占的数量最多，模具结构也多样、复杂，根据老师给我们的相关资料参考文献和专业老师的指导以及对塑料形状和材料特性的分析，我们还是很顺利的进入了完成了注射机的选择、分型面的选择、浇口的选择、型芯的设计、型腔的设计、模架的选择、冷却系统地设计等一系列工作。
2.塑件材料及工艺分析
2．1 塑件材料 该塑件为塑料罩壳，壁厚为2.5mm，塑件外型尺寸不大，选用PP塑料，塑件精度要求为MT3级。 PP通常为半透明无色固体，无臭无毒。由于结构规整而高度结晶化,故熔点高达167℃,耐热,制品可用蒸汽消毒是其突出优点。密度0.90g/cm3,是最轻的通用塑料。耐腐蚀,抗张强度30MPa，强度、刚性和透明性都比聚乙烯好。缺点是耐低温冲击性差，较易老化，但可分别通过改性和添加抗氧剂予以克服。由于结晶，PP的收缩率相当高，一般为1.8~2.5%。并且收缩率的方向均匀性比PE-HD等材料要好得多。加入30%的玻璃添加剂可以使收缩率降到0.7%。均聚物型和共聚物型的PP材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。
2．2 PP材料的工艺分析
注塑模工艺条件
干燥处理：如果储存适当则不需要干燥处理。熔化温度：220~275C，注意不要超
模具温度：40~80C，建议使用50C。结晶程度主要由模具温度决定。
注射压力：可大到1800bar。 注射速度：通常，使用高速注塑可以使内部压力减小到最小。如果制品表面出现了缺
陷，那么应使用较高温度下的低速注塑。
2．3 注射工艺参数
熔料温度???220～280
料筒恒温???220模具温度???20～70
注射压力???具有很好的流动性能，避免采用过高的注射压力80～140MPa（800～1400bar）； 一些薄壁包装容器除外可达到180MPa? 1800bar
保压压力???避免制品产生缩壁，需要很长时间对制品进行保压（约为循环时间的30％）；约为注射压力的30％～60％
背压 5～20MPa（50～200bar）
注射速度???对薄壁包装容器需要高的注射速度（带蓄能器）；中等注射速度往往比较适用于其它类的塑料制品
螺杆转速???高螺杆转速（线速度为1.3m/s）是允许的，只要满足冷却时间结束前完成塑化过程就可以
计量行程???0.5～4D（最小值～最大值）；4D的计量行程为熔料提供足够长的驻留时间是很重要的
残料量????2～8mm，取决于计量行程和螺杆转速
预烘干????不需要；如果贮藏条件不好，在80的温度下烘干1h就可以
回收率???可达到100％回收
收缩率????1.2～2.5％；收缩程度高；24h后不会再收缩（成型后收缩）
机器停工时段??无需用其它材料进行专门的清洗工作；PP耐温升
料筒设备??标准螺杆，标准使用的三段式螺杆；对包装容器类制品，混合段和切变段几何外形特殊（L：D＝25：1），直通喷嘴，止逆阀
3．2 型腔数量和排位方式的确定 型腔数量的确定
由于该塑件的精度要求不高，塑件尺寸较小，且为大批量生产，可采用一模多腔的结构形式。同时，考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的关系，以及制造费用和各种成本费用等因素，初步定为一模两腔结构形式。 型腔排列形式的确定
由于该模具选择的是一模两腔，故流道可采用对称排列，使型腔进料平衡。 模具结构形式的初步确定
由以上分析可知，本模具设计为一模两腔，对称排列，根据塑件结构形状，推出机构初选推件板推出或推杆推出方式。浇注系统设计时，流道可采用对称平衡式，交口采用侧浇口，且开设在分型面上。因此，定模部分不需要单独开设分型面取出凝料，动模部
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常用模具钢材资料
塑胶模具钢之培训第一节 钢的分类与组成:钢按化学成分分为非合金钢、低合金钢、合金钢三大类，非合金钢是指钢中各元素含量低于规定值的铁碳合 金，即碳素钢。 一、钢料的化学成份: 钢材的质量及性能是根据需要而确定的，不同的需要，要有不同的元素含量． 1)碳（C） ： 钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性、韧性和冲击性降低，当碳量 0.23%超过时，钢的焊接性 能变坏，因此,用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过 0.20%。 碳量超过 0.6%以上对淬火硬度不会再增大，惟碳化物的增加量的增加其磨耗性增大； 碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏 感性。 2)硅（Si） ： 可以提高钢的硬度，在调质结构钢中加入 1.0－1.2%的硅，强度可提高 15－20%。但是可塑性和韧性下降. 碳素工具钢 Si 元素增多，增大在低温回火之冲击抵抗，但易脆化，有害其可锻性。且增加添加量，则耐酸 化性会增强。碳素钢中硅的质量分数不应超过 0.4%。 电工用的含有硅 1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，能改善软磁性能.用于电器工业做硅钢片。 硅比锰具有较强的脱氧能力；在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有 0.15－0.30%硅。 如果钢中含硅量超过 0.50-0.60%,硅就算合金元素。 硅能显着提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。 硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。 硅量增加，会降低钢的焊接性能。 3)锰（Mn） ： 锰是一种有益元素，在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，可消除钢中 FeO 夹杂物，降低钢的脆性； 锰可与钢中硫反应形成 MnS，从而减少硫的有害作用，改善钢的加工性能； 一般钢中含锰 0.30－0.50%。锰在钢中能溶解于铁素体中，起到强化钢的作用；在碳素钢中加入 0.70%以上 时就算“锰钢” ，较一般锰量钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工 性能，如 16Mn 钢比 A3 屈服点高 40%。能消弱和消除硫的不良影响, 防止因硫造成之脆化性。 锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。提高耐磨耗性。但多量则易淬化破裂，产生残留奥斯田铁 而脆化。 含锰 11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。 碳素钢中锰的质量分数一般在 0.8%以内,少数可达 1.00～1.2% 。 4)磷（P） ： 在一般情况下，磷是钢中有害元素，磷能溶于铁素体中产生固溶强化，使钢的强度与硬度显着提高，能使钢 的可塑性及韧性明显下降， 增加钢的冷脆性， 特别在低温下更为严重， 这种现象叫作冷脆性.使焊接性能变坏, 使 冲击抵抗低下；硫和磷要严格控制,通常要求钢中含磷量小于 0.045%，优质钢要求更低些。 但从另方面看，在低碳钢中含有较高的硫和磷，能使其切削易断，对改善钢的可切削性是有利的． 5)硫（S） ： 硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。 硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以,通常要求硫含量小于 0.055%，优质钢要求小于 0.040%。 在钢中加入 0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。 与 Mn、Mo 结合，可提高工具钢之切削性与研磨性，但对韧性有害。硫不溶于铁,以 FeS 的形式存在，FeS 又 与 Fe 容易形成低溶点的共晶体，这种共晶体易导致坯料开裂，此现象称为热脆。因此,硫在钢中是有害元素,其 含量必须严格控制。6)铬（Cr） ： 在结构钢和工具钢中，铬能显着提高强度、硬度、淬透性和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。 铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 与 V,Mo,W 等合成碳化物,增加回火抵抗。碳化物由抵制结晶粒之成长。增大耐酸化性，改善韧性。 7)镍(Ni)： 镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。 镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他 合金元素代用镍铬钢。 少量增加，增加韧性；多量添加则助生残留奥氏田铁而脆化. 8)钼(Mo)： 钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性，能防止回火脆性，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期 在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。 结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。 以 W 之 1/2 量，可得与 W 之同样性质，增加高温硬度，强度。 9)钛(Ti)： 能细化钢的晶粒组织，从而提高钢的强度和韧性． 在不锈钢中，钛能消除或减轻钢的晶间腐蚀现象．在铬 18 镍 9 奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐 蚀。 钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力； 降低时效敏感性和冷脆性。 改善焊接性能。 10)钒(V)： 能细化钢的晶粒组织，提高钢的强度，韧性和耐磨性．增加回火抵抗性，提高在 600℃下高温硬度。 当它在高温熔入奥氏体时，可增加钢的淬透性；反之，当它在碳化物形态存在时，就会降低它的淬透性． 钒是钢的优良脱氧剂。钢中加 0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。 钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。 含有量增加则降低淬火性，普通在 2%以下。造成难溶性碳化物，以提高耐磨性但研磨困难。 11)钨(W)： 钨熔点高，比重大，是贵重的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。 在工具钢加钨，可显着提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。 提高在 600℃的高温硬度，若含 Cr 则回火抵抗非常大，会生二次硬化，增加耐磨耗性。 12)铌(Nb)： 铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。 在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。 铌可改善焊接性能。 在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。 13)钴(Co)： 钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。提高耐磨耗性，高温硬度。 增加多量则脆化，可添加 V 防止； 14)铜(Cu)： 它的突出作用是改善普通低合金钢的抗大气腐蚀性能，特别是和磷配合使用时更为明显． 铜能提高强度和韧性。 缺点:是在热加工时容易产生热脆，引起赤热脆性，助长黑铅化，对锻接性有害。 铜含量超过 0.5%塑性显着降低。当铜含量小于 0.50%对焊接性无影响。 15)铝(Al)： 能细化钢的晶粒组织，阻抑低碳钢的时效． 提高钢在低温下的韧性，还能提高钢的抗氧化性，提高钢的耐磨性和疲劳强度等． 铝是钢中常用的脱氧剂。2铝与铬、硅合用，可显着提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。 铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。 16)硼(B)： 当钢中含有微量的（0.001 － 0.005 ％）硼时，钢的淬透性可以成倍的提高，可改善钢的致密性和热轧性能， 提高强度。少量添加则切削耐久力； 17)氮(N): 氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。 18)稀土(Xt)： 稀土元素是指元素周期表中原子序数为 57-71 的 15 个镧系元素。这些元素都是金属，但他们的氧化物很象 “土” ，所以习惯上称稀土。 钢中加入稀土，可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如韧性、焊接 性，冷加工性能。在犁铧钢中加入稀土，可提高耐磨性。 砷 As 与锡 Sn 元素：产生赤熟脆性； 硒 Se 元素：提高工具之切削性，研磨性。 钛 Ti p铌 Nb 与锆 Zr 元素：细晶粒微细化，提高韧性。 碲 Te 元素：提高被削性，但热间加工困难。 举例:1.2344 热作工具钢化学成分% C 0.38-0.42 二、碳素钢 含碳量小于 1.35%(0.1%-1.2%)，除铁、碳和限量以内的硅、锰、磷、硫等杂质外，不含其他合金元素的钢。 碳素钢的性能主要取决于含碳量。含碳量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性和可焊性降低。与其他钢类相 比，碳素钢使用最早，成本低，性能范围宽 ，用量最大。适用于公称压力 PN≤32.0MPa，温度为-30-425℃的水、 蒸汽、空气、氢、氨、氮及石油制品等介质。常用牌号有 WC1、WCB、ZG25 及优质钢 20、25、30 及低合金结构钢 16Mn. 1)按钢中碳的质量分数分类： ⑴低碳钢:W(C)＜0.25%； ⑵中碳钢:0.25%≤W(C)≤0.6%； ⑶高碳钢:W(C)＞0.6%； 2)按主要质量等级分类： ⑴普通质量碳素钢: W(S)≥0.045%，W(P)≥0.045%； ⑵优质碳素钢:0.02%＜W(S)＜0.045%；0.02%＜W(P)＜0.045%； ⑶特殊质量碳素钢:W(S)≤0.02%，W(P)≤0.02%； 3)按钢的用途分类： ⑴碳素结构钢：主要用于制造机械零件和工程结构，一般属于低、中碳钢； ⑵碳素工具钢：主要用于制造各种刃具、量具和模具，一般属于高碳钢。 4)常用的碳素钢: 4.1)碳素结构钢: 碳素结构钢的牌号：Q（屈服点）＋屈服点数值＋质量等级符号＋脱氧方法四部分组成。质量等级分 A、B、 C、D 四级，其中 A 级质量最低，D 级质量最高。脱氧方法包括：沸腾钢（F） 、镇静钢（Z） 、半镇静钢(b)、特殊 镇静钢（TZ） 。Q255-A.Z。 4.2)优质碳素结构钢: 优质碳素结构钢的牌号：用两位数表示钢的平均碳质量分数的万分数。如 45 表示平均碳的质量分数 W(C)=0.45%的优质碳素结构钢。 若钢中锰的含量高 0.7%≤W(Mn)≤1.2%， 则在两位数字后加锰的元素符号 Mn； 若是沸腾钢， 则在钢号后加 F， 镇静钢可省略。 4.3)碳素工具钢:3Si 0.8-1.2Mn 0.3-0.5P ≤0.025S ≤0.005Cr 4.80-5.51Mo 1.2-1.5V 0.9-1.1碳素工具钢含碳量较高， 0.65%≤W(C)≤1.35%， 属于特殊质量碳素钢。 经热处理后， 具有高的硬度与耐磨性， 主要用于制造各种切削刃具和精度要求不高的量具和对热处理变形要求不高的一般模具。 碳素工具钢的钢号以 T＋数学表示。T 表示钢的类别为碳素工具钢，数学表示碳的质量分数的千分数。如 T8 表示碳的质量分数为 0.8%的碳素工具钢；若钢号后加 A，表示硫与磷的含量更少。 碳素工具钢一般经淬火、低温回火后使用，各钢号硬度都能达到 62HRC 以上，但随碳的含量增加，耐磨性提 高，但韧性降低，冲击强度降低。 4.4)铸造碳钢: 铸造碳钢用牌号“ZG＋两组数据”表示。两组数据分别表示最低屈服点和最低抗拉强度。 三、低合金钢与合金钢 为提高钢的力学性能， 改善钢的工艺性能和得到某些特殊的物理化学性能， 炼钢时有目的地向钢中加入某些 合金元素，得到低合金钢或合金钢。常见的合金元素有：硅(Si)、锰(Mn)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)、钨(W)、 钒(V)、钴(Co)、钛(Ti)、铝(Al)、硼(B)、氮(N)和稀土元素等。为充分发挥合金元素的作用，一般合金钢使用 前都要热处理。 1)合金元素对钢工艺性能的影响: ⑴ 对热处理性能的影响：要求将合金钢（除锰钢外）加热到较高的温度和保温时间较长。 ⑵ 对过冷奥氏体转变的影响： 除 Co 外， 合金钢能在较小的冷却速度下即能淬成马氏体组织， 可减小淬火变形。 因此，大尺寸、形状复杂或要求精度高的重要零件，需要用合金钢制作。 ⑶ 对回火转变的影响：在相同的回火温度下，合金钢的硬度与强度比相同含碳量的非合金钢高。 ⑷ 对焊接性能的影响：高合金钢最好采用保护作用好的氩弧焊。因在焊接时，容易在接头处出现淬硬组织， 使该处脆性加大，容易出现焊接裂纹。 2)低合金钢和合金钢的分类与牌号: 2.1 低合金钢的分类：与非合金钢的分类相似，分普通质量低合金钢、优质低合金钢、特殊质量合金钢。 2.2 合金钢的分类： 按质量等级分，合金钢分为优质合金钢（如一般工程结构用合金钢、耐磨钢、硅锰弹簧钢等） ；特殊质量合 金钢（如合金结构钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热钢等） 。 按合金元素种类分：铬钢、锰钢、硅锰钢、铬镍钢等。 按用途分：结构钢、工具钢、不锈钢及耐热钢。 2.3 低合金高强度结构钢的牌号：Q295、Q345、Q390、Q420、Q460，其中 Q345 应用最广泛。 2.4 易切削结构钢牌号：Y12、Y12Pb、Y15、Y30、Y40Mn、Y45Ca 等。 2.5 低合金耐候钢牌号：09CuP，09CuPCrNi 等。 2.6 合金渗碳钢：钢中碳含量在 0.1～0.25%之间，主要元素为铬，其它有镍、锰、硼、钨、钼、钒、钛等。如 20Cr、20CrMnTi、20Cr2Ni4 等。 热处理方法：预热处理为正火，最终热处理一般是渗碳后淬火加上低温回火。表层为高碳回火马氏体加碳化 物。硬度一般是 58～64HRC。 2.7 合金调质钢：钢中碳含量在 0.25～0.5%之间，常用的合金调质钢有 40Cr、35CrMo、38CrMoAl、40CrNiMoAl。 热处理方法：最终热处理为调质处理。在调质后进行表面淬火或低温回火，或调质后氮化处理。 2.8 合金弹簧钢的牌号：60Si2Mn、50CrVA、30W4Cr2VA 等。 热处理方法： 直径或板簧厚度大于 10 L的大弹簧， 常采用热成型,将弹簧钢加热到比正常淬火温度高出 50～ 80℃进行热成形，然后利用余热立即淬火并中温回火，硬度达 40～48HRC；对于直径或板簧厚度小于 8～10 L的小弹簧,常用冷拨弹簧钢丝冷卷成形,成形后进行 200～300℃应力退火。热处理后进行喷丸处理。 2.9 高碳铬轴承钢的牌号：GCr4、GCr15、GCr15SiMn、GCr15SiMo、GCr18Mo 等。 热处理方法：预热处理为球化退火，最终热处理是淬火和低温回火,硬度达 61～65HRC。对精密的轴承钢零 件,为保证尺寸稳定性,可在淬火后立即进行冷处理(-60～-80℃)，冷处理后进行低温回火和粗磨，接着在 120～130℃进行时效，最后进行精磨。 2.10 高锰耐磨钢：碳含量在 0.9%～1.45%，锰含量在 11%～14%。牌号有 ZGMn13。 热处理方法：将钢加热到 ℃，保温一段时间，然后在水中快速冷却，水韧处理，水韧处理后硬 度并不高(180～220HBS)， 但当它受到剧烈冲击或较大压力时,表面迅速产生加工硬化， 使表面硬度达到 52～456HRC,从而具有高耐磨性，而心部仍为奥氏体，具有良好的韧性,可承受强烈的冲击力。 3)合金工具钢：包括量具刃具钢、冷作模具钢、热作模具钢、高速工具钢、塑料模具钢等。 3.1 模具刃具钢： 要求具有高硬度(62～65HRC)、高耐磨性、足够的强韧性、高的热硬性(即刃具在高温下仍能保持高的硬度)、 良好的尺寸稳定性。 常用的量具刃具钢的牌号： 常用刃具钢采用 9SiCr； 高精度量具量块可采用 Cr2、 CrWMn， 也可用轴承钢 GCr15； 要求精密并防腐的量具采用不锈钢 3Cr13、9Cr18；简单量具采用碳素工具钢 T10A。 热处理方法：预热处理为球化退火，最终热处理为淬火加低温回火，热处理后硬度达 60～65HRC,高精度量 具在淬火后可进行冷处理,增加尺寸稳定性。或在淬火、回火后，还可进行时效处理。 3.2 冷作模具钢： 常用的冷作模具钢：Cr12、Cr12MoV，CrWMn 等。 热处理方法： Cr12 属于莱氏体钢,加工前应进行反复锻打并退火， 最终热处理一般为淬火和回火,硬度为 60～ 64HRC。 3.3 热作模具钢： 常用热作模具钢：5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V、4Cr5W2VSi。 热处理方法：预热处理为退火。最终热处理为淬火、高温或中温回火，硬度为 40HRC 左右。 3.4 高速工具钢：(高速钢): 用于制造中、高速切削刀具,如车刀、铣刀、铰刀、拉刀、麻花钻等。具有较高的热硬性,在 500～600℃时 硬度仍不降低. 常用高速钢有：W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2,W9Mo3Cr4V.国际代号:M2;M42;一胜百: HSP41; KM2;大同: MH51;百禄: S600; S500;斯穆碧根柏: GS388; GS-247. 高速钢的热处理：高速钢属于莱氏体钢,锻造后进行退火,最终热处理为高温淬火和多次回火. W18Cr4V 钢的 淬火温度高达 ℃，再采用三次 560℃回火。热处理后的高速钢硬度可达 63～65HRC。 3.5 塑胶模具钢下篇重点讲解. 4)耐热钢: 奥氏体耐热钢：1Cr18Ni9Ti,3Cr18Mn12Si2N，耐高温性较高,并随镍的含量增加而增加。固溶处理 1000～ 1100℃,水冷。 马氏体耐热钢：铬钢 1Cr13、1Cr11MoV，耐温达 580℃；铬硅钢 4Cr9Si2 等,耐温达 750～900℃。热处理： ℃,油冷,700～780℃回火，油冷。 铁素体耐热钢:含铬量高，抗氧化性强,耐高温性低,00Cr12,2Cr25N 等. 四、不锈钢: 通俗地说，不锈钢就是不容易生锈的钢，实际上一部分不锈钢，既有不锈性，又有耐酸性（耐蚀性） 。不锈 钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜（钝化膜）的形成。这种不锈性和耐蚀性是相对的。试验表明， 钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铬含水量的增加而提高，当铬含量达到一定的 百分比时，钢的耐蚀性发生突变，即从易生锈到不易生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。 不锈钢是不锈钢和耐酸钢的统称,能抵抗空气、蒸汽、酸、碱、盐等腐蚀性介质的腐蚀.碳含量低,主要合金 元素是铬，只有铬含量达到一定值时,钢才有耐蚀性。一般铬含量在 13%以上。还含有 Ni、Ti、Mn、N、Nb 等。 1)不锈钢分类:不锈钢的分类方法很多。 按室温下的组织结构分类，有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢； 按主要化学成分分类，基本上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系统； 按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等等; 按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等； 按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等等。 由于不锈钢材具有优异的耐蚀性、成型性、兼容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，所以在重工 业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中获取得广泛的应用。 2)各种不锈钢的主要成分及性能比较: 2.1 奥氏体不锈钢：5大概成分:C＜0.25%；Cr=16%以上；Ni=7%以上。无淬火性、耐蚀性优、加工性优、可焊接性优；无磁性。 在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含 Cr 约 18%、Ni 8%～10%、C 约 0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。 1Cr18Ni9、0Cr19Ni9 等. 0Cr19Ni9 钢中 W( C )＜0.08%。钢号中标记为“0” 。 奥氏体铬镍不锈钢包括著名的 18Cr-8Ni 钢和在此基础上增加 Cr、Ni 含量并加入 Mo、Cu、Si、Nb、Ti 等元 素发展起来的高 Cr-Ni 系列钢。 奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行 强化。如加入 S，Ca，Se，Te 等元素，则具有良好的易切削性。此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，如果含有 Mo、 Cu 等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。此类钢中的含碳量若低于 0.03%或含 Ti、Ni，就 可显着提高其耐晶间腐蚀性能。 高硅的奥氏体不锈钢浓硝酸肯有良好的耐蚀性。 由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能，在各行各业中获得了广泛的应用。 热处理方法：是采用固溶处理强化,即将钢加热至 ℃，然后水冷，以获得单相奥氏体组织。 2.2 铁素体不锈钢： 大概成分:C＜0.35%； Cr=16～27%；Ni 无。淬火性无，耐蚀性佳，加工性尚佳，可焊接性尚可，有磁性。 在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。含铬量在 11%～30%，具有体心立方晶体结构。 这类钢一般不含镍，有时还含有少量的 Mo、Ti、Nb 等到元素，这类钢具导热系数大，膨胀系数小、抗氧化 性好、抗应力腐蚀优良等特点。 这类钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点，因而限制了它的应用。炉外精炼技术（AOD 或 VOD） 的应用可使碳、氮等间隙元素大大降低，因此使这类钢获得广泛应用。 铁素体不锈钢因为含铬量高，耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好，但机械性能与工艺性能较差，多用于受力 不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用。 牌号:1Cr17。多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部件,用于硝酸,盐水、大气及食品工厂设 备，也可制作高温工作零件。如燃气轮机零件等.在退火状态下使用. 2.3 马氏体不锈钢： 大概成分:C＜1.20%；Cr=11～15%。淬火性自硬性、耐蚀性可、加工性可、可焊接性不可、有磁性。 通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢，通俗地说，是一类可硬化的不锈钢。典型牌号为 Cr13 型，如 2Cr13 ,3Cr13 ,4Cr13,2Cr13Ni2,以及部分改型 12％铬热强钢，如 13Cr14NiWVBA，Cr11Ni2MoWVB 钢等。主要用 于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械。 根据化学成分的差异，马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两类。 根据组织和强化机理的不同，还可分为马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体（或半马氏体）沉淀硬化不锈钢以 及马氏体时效不锈钢等。 特性: 淬火,回火处理后使用。淬火后硬度较高，不同回火温度具有不同强韧性组合，较高的强度和耐磨性, 耐蚀性一般. 这类钢包括 2Cr13 马氏体不锈钢的机械性能、耐腐蚀性能、工艺性能与物理性能，均和含铬 12～14％的铁 素体-马氏体不锈钢相近。由于组织中没有游离的铁素体，机械性能高，但热处理时的过热敏感性较低。 以上分类仅是按钢的基体组织分的， 由于钢中稳定奥氏体及形成铁素体的元素的作用不能互相平衡， 以及由 于大量的铬使平衡图 S 点左移， 工业中应用的不锈钢的组织除了上面讲的三种基本类型以外， 还有马氏体―铁素 体，奥氏体－铁素体，奥氏体－马氏体等过渡型的复相不锈钢，以及具有马氏体－碳化物组织的不锈钢含铬大于 14％的低碳铬不锈钢，含铬大干 27％的任何含碳量的铬不锈钢，以及在上述成分基础上再添加有钼、钛、铌、 硅、铝、 、钨、钒等元素的不锈钢，化学成分中形成铁素体的元素占绝对优势，基体组织为铁素。这类钢在淬火 （固溶）状态下的组织为铁素体，退火及时效状态的组织中则可见到少量碳化物及金属间化合物。 属于这一类的有 Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28 等。 2.4 奥氏体--铁素体双相不锈钢： 是奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。 在含 C 较低的情况下， Cr 含量在 18%～28%， Ni 含量在 3%～10%。 有些钢还含有 Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N 等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比， 塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显着提高，同时还保持有铁素体不锈钢的 475℃脆 性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显6提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。 这类钢因扩大 y 区和稳定奥氏体元素的作用程度， 不足以使钢在常温或很高的温度下具有纯奥氏体组织， 因 此为奥氏体－铁素体复相状态，其铁素体量也因成分及加热温度不同而可在较大的范围内变化。 属于这一类的不锈钢很多，如低碳的 18－8 铬镍钢，加钛、铌、钼的 18－8 铬镍钢，特别是在铸钢的组织中 均可见到铁素体，此外含铬大于 14～15％而碳低于 0.2％的铬锰不锈钢（如 Cr17Mnll） ，以及目前研究的和已获 得应用的大多数铬锰氮不锈钢等。 与纯奥氏体不锈钢比较，这类钢的优点很多，如屈服强度较高，抗晶间腐蚀的能力较高，应力腐蚀的敏感性 低，焊接时产生热裂纹的倾向小，铸造流动性好等等。 缺点是压力加工性能较差，点腐蚀倾向较大，易产生 c 相脆性，在强磁场作用下表现出弱磁性等。所有这些 优点和缺点均来源于组织中的铁素体。 2.5 铁素体－马氏体钢: 这类钢在高温时为 y+a（或δ ）两相状态，快冷时发生 y-M 转变，铁素体仍被保留，常温组织为马氏体和铁 素体,由于成分及加热温度的不同，组织中的铁素体量可在百分之几至几十的范围内变化。0Crl3 钢，lCrl3 钢， 铬偏上限而碳偏下限的 2Cr13 钢，Cr17Ni2 钢，Cr17wn4 钢，以及在 ICrl3 钢基础上发展起来的许多改型 12％铬 热强钢（这类钢也叫做耐热不锈钢）中的许多钢号，如 Cr11MoV，Cr12WMoV，Crl2W4MoV，18Crl2WMoVNb 等均属 干这一类。 铁素体―马氏体钢可以部分地接受淬火强化， 故可获得较高的机械性能。 但它们的机械性能与工艺性能在很 大程度上受组织中铁素体的含量及分布形态的影响。这类钢按成分中的含铬量分属 12～14％与 15～18％两个系 列。前者具有抵抗大气及弱腐蚀性介质的能力，并且具有良好的减震性及较小的线膨胀系数；后者的耐腐蚀性能 与相同含铬量的铁素体耐酸钢相当，但在一定程度上也保留着高铬铁素体钢的某些缺点。 2.6.马氏体―碳化物钢: Fe－C 合金的并析点的含碳为 0.83％，在不锈钢中由于铬使 S 点左移，含 12％铬和大于 0.4％碳的钢（图 11-3） ，以及含 18％铬和大于 0.3％碳的钢（图卜）3）均属于过共析钢。这类钢在正常淬火温度加热，次生碳化 物不能完全溶于奥氏体，因此淬火后的组织为马氏体和碳化物组成。 属于这一类的不锈钢牌号不多，却是一些含碳比较高的不锈钢，如 4Crl3、9Cr18、9Crl8MoV 、9Crl7MoVCo 钢等，含碳量偏上限的 3Crl3 钢在较低的温度下淬火，也可能出现这样的组织。由于含碳量高,上述 9Cr18 等三 个钢号中虽含有较多的铬，但其耐腐蚀性能仅与含 12~14％锗的不锈钢相当。这类钢的主要用途是要求高硬及耐 磨的零件，如切削工具、轴承、弹簧及医疗器械等。 2.7.奥氏钵－马氏体钢: 这类钢的 Ms 点低于室温，固溶处理以后为奥氏体组织，易于成形和焊接。通常可用两种工艺方法使之发生 马氏体转变。一是固溶处理以后经 700～800 度加热，奥氏体因析出碳化铬而转变为介稳定状态，Ms 点升高至室 温以上，冷却时转变为马氏体；二是固溶处理以后直接冷却至 Ms 与 Mf 点之间，使奥氏体转变为马氏体。后一方 法可获得较高的耐腐蚀性能， 但固溶处理以后至深冷的间隔时间不宜过久， 否则会因奥氏体的陈化稳定作用而使 深冷的强化效应降低。经上述处理以后钢再经 400～500 度时效，使析出金属间化合物进―步强化。这类钢的典 型钢号有 17Cr 一 7Ni 一 A1、15Cr－9Ni－A1,17Cr―5Ni－Mo、15Cr-8Ni－Mo 一 A1 等等。这类钢也称为奥氏体－ 马氏体时效不锈钢，并因为实际上这些钢的组织中除奥氏体和马氏体以外，还存在不同数量的铁素体，故也称为 半奥氏体沉淀硬化不锈钢。 这类钢是 50 年代后期发展和应用的新型不锈钢，它们总的特点是强度高（C 可达 100～150）及热强性好， 但由于含铬量较低并在热处理时有碳化铬析出， 因此耐腐蚀性能比标准的奥氏体不锈钢要低一些。 也可以说这类 钢的高强度是在牺牲一部分耐腐蚀性能与其他性能（如非磁性）的情况下获得的，目前这类钢主要用于航空工业 及火箭导弹生产方面，一般机械制造中应用尚不普遍，并且在分类上也有把它们纳为超高强度钢的一个系列。 3)不锈钢编号原则: ①用国际化学元素符号和本国的符号来表示化学成份，用阿拉伯字母来表示成份含量：如：中国、俄国 12CrNi3A ②用固定位数数字来表示钢类系列或数字；如：美国 420、日本 300 系、400 系、200 系； 按成分可分为 Cr 系（SUS400） 、Cr－Ni 系（SUS300） 、Cr－Mn－Ni（SUS200）及析出硬化系（SUS600）. 200 系列―铬-镍-锰 奥氏体不锈钢 300 系列―铬-镍 奥氏体不锈钢7301―延展性好,用于成型产品.也可通过机 速硬化.焊接性好.抗磨性和疲劳强度优于 304 不锈钢. 302―耐腐蚀性同 304,由于含碳相对要高因而强度更好. 303―通过添加少量的硫、磷使其较 削加工. 304― 即 18/8 不锈钢.GB 牌号为 0Cr18Ni9. 309―较之 304 有更好的耐温性. 316―继 304 之后,第二个得到最广泛应用的钢种,主要用于食品工业和外科手术器材,添加钼元素使其获得 一种抗腐蚀的特殊结构.由于较之 304 其具有更好的抗氯化物腐蚀能力因而也作“船用钢”来使用.SS316 则通常 用于核燃料回收装置.18/10 级不锈钢通常也符合这个应用级别. 型号 321―除了因为添加了钛元素降低了材料焊缝锈蚀的风险之外其他性能类似 304. 400 系列―铁素体和马氏体不锈钢 408―耐热性好,弱抗腐蚀性,11%的 Cr,8%的 Ni. 409―最廉价的型号（英美）,通常用作汽车排气管,属铁素体不锈钢（铬钢）. 410―马氏体（高强度铬钢）,耐磨性好,抗腐蚀性较差. 416―添加了硫改善了材料的加工性能. 420―“刃具级”马氏体钢,类似布氏高铬钢这种最早的不锈钢.也用于外科手术刀具,可以做的非常光亮. 430―铁素体不锈钢,装饰用,例如用于汽车饰品.良好的成型性,但耐温性和抗腐蚀性要差. 440―高强度刃具钢,含碳稍高,经过适当的热处理后可以获得较高屈服强度,硬度可以达到 58HRC,属于最硬 的不锈钢之列.最常见的应用例子就是“剃须刀片”.常用型号有 三种：440A、440B、440C,另外还有 440F（易 加工型）. 500 系列―耐热铬合金钢. 600 系列―马氏体沉淀硬化不锈钢. 630―最常用的沉淀硬化不锈钢型号,通常也叫 17-4；17%Cr,4%Ni. ③用拉丁字母和顺序组成序号，只表示用途。 我国的编号规则: ①采用元素符号; ②用途、汉语拼音: 平炉钢：P; 沸腾钢：F; 镇静钢：B; 甲类钢：A; T8：特 8; GCr15：滚珠 ◆合结钢、弹簧钢，如：20CrMnTi 60SiMn、 （用万分之几表示 C 含量）; ◆不锈钢、合金工具钢（用千分之几表示 C 含量） ，如：1Cr18Ni9 千分之一（即 0.1%C）,不锈 C≤0.08% 如 0Cr18Ni9,超低碳 C≤0.03% 如 0Cr17Ni13Mo 4)国际不锈钢标示方法:美国钢铁学会是用三位数字来标示各种标准级的可锻不锈钢的。其中： ①奥氏体型不锈钢用 200 和 300 系列的数字标示. ②铁素体和马氏体型不锈钢用 400 系列的数字表示。 例如， 某些较普通的奥氏体不锈钢是以 201、 304、 316 以及 310 为标记. ③铁素体不锈钢是以 430 和 446 为标记，马氏体不锈钢 是以 410、420 以及 440C 为标记，双相（奥氏体－ 铁素体）. ④不锈钢、沉淀硬化不锈钢以及含铁量低于 50%的高合金通常是采用专利名称或商标命名。 5)不锈钢的物理化学机械特性: 不锈钢的物理性能主要用以下几方面来表示： ①热膨胀系数：因温度变化而引起物质量度元素的变化。膨胀系数是膨胀－温度曲线的斜率，瞬时膨胀系数 是特定温度下的斜率， 两个指定的温度之间的平均斜率是平均热膨胀系数。 膨胀系数可以用体积或者是长度表示， 通常是用长度表示。 ②密度：物质的密度是该物质单位体积的质量，单位是 kg/m3 或 1b/in3。 ③弹性模量： 当施加力于单位长度棱柱的两端能引起物体在长度上的单位变化时， 单位面积上所需的力称为 弹性模量。单位为 1b/in3 或 N/m3。 ④电阻率： 在单位长度立方体材料的两对面之间测量的电阻， 单位用Ω .m， μ Ω .cm 或 （已废的） Ω /(circular mil.ft)来表示。 ⑤磁导率:无量纲系数，表示物质易被磁化的程度，是磁感应强度与磁场强度之比。 ⑥熔化温度范围：确定合金开始凝固和凝固完了的温度。8⑦比热：单位质量的物质温度改变 1 度所需要的热量。在英制和 CGs 制中二者比热的数值相同，因为热量的 单位（Biu 或 cal）取决于单位质量的水升高 1 度听需的热量。国际单位制中比热的数值与英制或 CGS 制是不同 的，因为能量的单位（J）是按不同的定义定的。比热的单位是 Btu(1bF)及 J/（kg.k） 。 ⑧热导率：物质导热的速率的量度。在单位截面积物质上建立单位长度上的 1 度的温度梯度时，那么热导率 定义为单位时间传导的热量，热导率的单位为 Btu/(h.ft.0F)或 w/(m.K)。 ⑨热扩散率：是确定物质内部温度前迁速率的一种性能，是热导率对比热和密度乘积的比值，热扩散率单位 以 Btu/(h.ft.0F)或 w/(m.k)表示。 6)不锈钢的耐蚀性能: 6.1 腐蚀的种类和定义： 一种不锈钢可在许多介质中具有良好的耐蚀性，但在另外某种介质中，却可能因化学稳定性低而发生腐蚀。 所以说，一种不锈钢不可能对所有介质都耐蚀。 故不同介质下,选择相应的不锈钢型号比较重要. 根据使用的经验来看，除机械失效外，不锈钢的腐蚀主要表现在：不锈钢的一种严重的腐蚀形式是局部腐蚀 （亦即应力腐蚀开裂、点腐蚀、晶间腐蚀、腐蚀疲劳以及缝隙腐蚀） 。这些局部腐蚀所导致的失效事例几乎占失 效事例的一半以上。事实上，很多失效事故是可以通过合理的选材而予以避免的。 金属的腐蚀，按机理可分为物理腐蚀、化学腐蚀与电化学腐蚀三种,电化学腐蚀占主要。 应力腐蚀开裂（SCC） ：是指承受应力的合金在腐蚀性环境中由于烈纹的扩展而互生失效的一种通用术语。 应力腐蚀开裂具有脆性断口形貌，也可能发生于韧性高的材料中。 发生应力腐蚀开裂的必要条件是要有拉应力（不论是残余应力还是外加应力，或者两者兼而有之）和特定的 腐蚀介质存在。裂纹的形成和扩展大致与拉应力方向垂直。由于应力腐蚀开裂而失效的零件的断面，将包含有应 力腐蚀开裂的特征区域以及与已微缺陷的聚合相联系的“韧窝”区域。 点腐蚀： 点腐蚀是指在金属材料表面大部分不腐蚀或腐蚀轻微而分散发生高度的局部腐蚀， 常见蚀点的尺寸 小于 1.00mm，深度往往大于表面孔径，轻者有较浅的蚀坑，严重的甚至形成穿孔。 晶间腐蚀：晶粒间界是结晶学取向不同的晶粒间紊乱错合的界城，因而，它们是钢中各种溶质元素偏析或金 属化合物（如碳化物和δ 相）沉淀析出的有利区城。因此，在某些腐蚀介质中，晶粒间界可能先行被腐蚀乃是不 足为奇的。这种类型的腐蚀被称为晶间腐蚀，大多数的金属和合金在特定的腐蚀介质中都可能呈现晶间腐蚀。晶 间腐蚀是一种有选择性的腐蚀破坏，它与一般选择性腐蚀不同之处在于，腐蚀的局部性是显微尺度的，而宏观上 不一定是局部的。 缝隙腐蚀：是指在金属构件缝隙处发生斑点状或溃疡形的宏观蚀坑，是局部腐蚀的一种形式，它可能发全于 溶液停滞的缝隙之中或屏蔽的表面内。这样的缝隙可以在金属与金属或金属与非金属的接合处形成，例如，在与 铆钉、螺栓、垫片、阀座、松动的表面沉积物以及海生物相接烛之处形成。 全面腐蚀：是用来描述在整个合金表面上以比较均勺的方式所发生的腐蚀现象的术语。当发生全面腐蚀时， 村料由于腐蚀而逐渐变薄，甚至材料腐蚀失效。不锈钢在强酸和强碱中可能呈现全面腐蚀。全面腐蚀所引起的失 效问题并不怎么令人担心，因为，这种腐蚀通常可以通过简单的浸泡试验或查阅腐蚀方面的文献资料而预测它。 均匀腐蚀： 是指接触腐蚀介质的金属表面全部产生腐蚀的现象。 根据不同的使用情况对耐蚀提出不同的指标 要求，一般可分为两大类： 不锈钢:指在大气及弱腐蚀介质中耐蚀的钢。腐蚀速率小于 0.01mm/年的，认为是&完全耐蚀&；腐蚀速率小 于 0.1mm/年的，认为是&耐蚀&的。 耐蚀钢:指在各种强烈腐蚀介质中能耐蚀的钢。 6.2 不锈钢为什么耐腐蚀? 不锈钢的耐腐蚀性取决于铬,在铬的添加量达到 10.5％时,钢的耐大气腐蚀性能显着增加,但铬含量更高时, 尽管仍可提高耐腐蚀性,但不明显.原因是用铬对钢进行合金化处理时,把表面氧化物的类型改变成了类似于纯铬 金属上形成的表面氧化物.这种紧密粘附的富铬氧化物保护表面,防止进一步地氧化.这种氧化层极薄,透过它可 以看到钢表面的自然光泽,使不锈钢具有独特的表面.而且,如果损坏了表层,所暴露出的钢表面会和大气反应进 行自我修理,重新形成这种氧化物&钝化膜&,继续起保护作用. 因此,所有的不锈钢元素都具有一种共同的特性,即铬含量均在 10．5％以上. 6.3 表面加工等级、特征及用途： 原面：NO.1 热轧后施以热处理及酸洗处理的表面。一般用于冷轧材料，工业用槽罐、化学工业装置等，厚 度较厚由 2.0MM-8.0MM。9钝面：NO.2D 冷轧后经热处理、酸洗者，其材质柔软，表面呈银白色光泽，用于深冲压加工，如汽车构件、 水管等。 雾面：NO.2B 冷轧后经热处理、酸洗，再以精轧加工使表面为适度之光亮者。由于表面光滑，易于再研磨， 使表面更加光亮，用途广泛，如餐具、建材等。采用改善机械性能的表面处理后，几乎满足所有用途。 粗砂 NO.3 用 100-120 号研磨带研磨出来的产品。具有较佳的光泽度，具有不连续的粗纹。用于建筑内外装 饰材料、电器产品及厨房设备等。 细砂： NO.4 用粒度 150-180 号研磨带研磨出来的产品。 具有较佳的光泽度， 具有不连续的粗纹， 条纹比 NO.3 细。用于浴池、建筑内外装饰材料、电器产品、厨房设备及食品设备等。 #320 用 320 号研磨带研磨出来的产品。具有较佳的光泽度，具有不连续的粗纹，条纹比 NO.4 细。用于浴 池、建筑内外装饰材料、电器产品、厨房设备及食品设备等。 毛丝面 HAIRLINE：HL NO.4 经适当粒度抛光砂带的连续研磨生成研磨花纹的产品（细分 150-320 号） 。主要 用于建筑装饰，电梯，建筑物的门、面板等。 亮面：BA 经冷轧后施以光亮退火，并经过平整得到的产品。表面光泽度极好，有很高的反射率。如同镜面 的表面。用于家电产品、镜子、厨房设备、装饰材料等。 6.4 各种不锈钢的产品特性及用途: 204 不锈钢:与 304 相比,抗拉强度和屈服强度高,冷加工硬化率低,冷成形性能好；在各种腐蚀环境中的耐蚀 性能优于,至少是相当于 304；再加上 200 系列钢固有的耐磨损、材料成本低等优势,204 完全有可能取代 304 成 为通用不锈钢.美国近年来在电子、通讯、安全防护、食品加工、能源和烟草加工行业,大力推广 204Cu,成效显 着. 301 不锈钢:在形变时呈现出明显的加工硬化现象，被用于要求较高强度的各种场合。 302 不锈钢:实质上就是含碳量更高的 304 不锈钢的变种，通过冷轧可使其获得较高的强度。 302B：是一种含硅量较高的不锈钢，它具有较高的抗高温氧化性能。 303 和 303Se：是分别含有硫和硒的易切削不锈钢，用于主要要求易切削和表而光浩度高的场合。303Se 不 锈钢也用于制作需要热镦的机件，因为在这类条件下，这种不锈钢具有良好的可热加工性。 304： 具有良好的耐蚀性、 耐热性、 低温强度和机械性能,冲压弯曲等热加工性好,无热处理硬化现象,无磁性。 广泛用于家庭用品（1、2 类餐具） 、橱柜、室内管线、热水器、锅炉、浴缸、汽车配件、医疗器具、建材、化学、 食品工业、农业、船舶部件。 304Cu：以 17Cr-7Ni-2Cu 为基本组成的奥氏不锈钢；成形性优良，特别是拔丝和抗时效裂纹性好；耐腐蚀性 与 304 相同。 304L：奥氏体基本钢种，用途最为广泛；耐蚀性和耐热性优良；低温强度和机械性能优良；单相奥氏体 组织，无热处理硬化现象（无磁性，使用温度-196--800℃） 。是碳含量较低的 304 的变种，用于需要焊接的场合。 较低的碳含量使得在靠近焊缝的热影响区中所析出的碳化物减至最少， 而碳化物的析出可能导致不锈钢在某些环 境中产生晶间腐蚀（焊接侵蚀） 。 304N：是一种含氮的不锈钢，加氮是为了提高钢的强度。 305 和 384 不锈钢：含有较高的镍，其加工硬化率低，适用于对冷成型性要求高的各种场合。 308 不锈钢：用于制作焊条。 309、310、314 及 330 不锈钢的镍、铬含量都比较高，为的是提高钢在高温下的抗氧化性能和蠕变强度。330 不锈钢有着特别高的抗渗碳能力和抗热震性． 309S 和 310S:乃是 309 和 310 不锈钢的变种， 所不同者只是碳含量较低， 为的是使焊缝附近所析出的碳化物 减至最少。 316 和 317 型不锈钢：含有铝，耐蚀性和高温强度特别好，可在苛刻的条件下使用,因而在海洋和化学工业 环境中的抗点腐蚀能力大大地优于 304 不锈钢。加工硬化性好,无磁性。适于海水用设备、化学、染料、造纸、 草酸、肥料生产设备、照相、食品工业、沿海设施。其中，316 型不锈钢由变种包括低碳不锈钢 316L、含氮的高 强度不锈钢 316N 以及合硫量较高的易切削不锈钢 316F。 316L：钢中添加 Mo（2-3%） ，故耐蚀性和高温强度优良；316L 含碳量比 316 低，因此，抗晶间腐蚀性比 316 优良；高温蠕变强度高。 321、347 及 348 是分别以钛，铌加钽、铌稳定化的不锈钢，适宜作高温下使用的焊接构件。321：在 30410钢中添加 Ti，故抗晶间腐蚀性优良；高温强度和高温抗氧性优良；成本高，加工性比 304 差。耐热材料、汽车、 飞行器排气管管路，锅炉炉盖、管道,化学装置、热交换器. 348 是一种适用于核动力工业的不锈钢，对钽和钻的合量有着一定的限制。 409H：加工性能、焊接性能良好,高温抗氧化性能良好,能够承受的温度范围从室温直到 575℃。广泛用于汽 车尾气排气系统。 409L：控制钢中的 C 和 N 含量，故焊接性、成形性和耐蚀性优良；含 11%Cr，高温和常温下为具有 BCC 结构 的铁素体不锈钢；因填了 Ti，750℃以下有空氧化性和耐蚀性。 410：马氏体代表钢种，强度高，硬度高（有磁性） ；抗腐蚀性差，不适合于严重腐蚀环境下使用；含 C 量低， 加工性好，通过热处理可使表面硬化。 420J2：马氏体代表钢种，强度高，硬度高（有磁性） ；耐腐蚀性差，加工成形性差，耐磨性好；能够进行热 处理改善机械性能。广泛用于加工刀具、管嘴、阀门、板尺、餐具。 430：热膨胀率低,成型型及耐氧化性好 适用于耐热器具、燃烧器、家电产品、2 类餐具、厨房洗涤槽。价 格低，加工性好是理想的 SUS304 的替代品；抗腐蚀性好，典型的非热处理硬化性铁素体系不锈钢。11第二节 塑料模具钢(以一胜百钢料做说明)一、塑料模具钢是指制造塑料模具用的钢,应具有的性能： 1)良好的加工性能,在预硬硬度(28～35HRC),便于进行切削加工或电火花加工； 易于蚀刻各种图案、 文字和符号； 2)良好的抛旋旋光性，模具抛光后表面硬度达到高镜面度(一般 Ra 值为 0.1～0.012?m)； 3)较高的硬度(热处理后硬度达到 45～55HRC)，良好的耐磨性，足够的强度和韧性； 4)热处理变形小； 5)良好的焊接性，便于模具焊补，等等。 二、整体模具系统的经济性: “整体模具系统的经济性” 定义： 由于模具生产寿命的提高， 使得生产每一个产品的整体模具成本得以降低， 同时贡献了最佳的生产经济性。 1、 “模具成本”与“整体模具系统成本” 模具使用者能预期模具的寿命， 所以从经验中了解最初的模具成本仅是整体模具系统中的一部分， 更多的成 本在模具的维护，再抛光清理，再涂装，破裂或磨损零件的更换，同时生产力损失的成本，客户的商誉，和延迟 交货及付款的可能等等，如此整体模具系统的成本不但不能减少，反而提高，看看底下“冰山成本” 。2、钢铁成本――冰山中的一角 一个能够对模具寿命及长期维护成本有最主要影响的决定便是尽可能指定最好的钢铁来从事这项重要的工 作。通常钢铁成本约为模具成本的 5~10%，而且更仅是整体模具系统中的一小部分，但常常为了省钱购买廉价钢 铁，反而变成了错误的经济性考虑。 三、产品设计者: 对产品纯功能上的性能而言，模塑的要求必须满足长时间生产时的高标准化及精密公差要求，以获得统一 的最终产品。这些要求若要成功的配合，必须依据良好的零件设计，良好的模具设计，良好的模具制造和选择最 佳的工具钢。产品设计者，牵涉到几个与模具钢材选择有关的重要决定： ● 表面的要求:表面状况有多重要？它需要镜面或适当的表面？ ● 咬花(光蚀刻花):模具部分需要咬花吗？或者需要有许多不同样式的咬花？如汽车内部的模塑。 ● 模塑的塑料原料:是不是有腐蚀性？刮伤性？或两者皆有。 ● 公差:公差的要求是不是很紧要而且有很小的极限？ ● 生产的数量:模具钢的耐磨性需要多少？ 优良的产品设计者能够注意到细节能影响最终模塑时的工作， 增进模具的寿命及模塑生产力。 举个最简单的12例子，尽可能避免尖角。在模塑时，尖角经常是应力上升的集中点，易产生破裂及失败。 在模穴部分的尖角，若能增加圆弧，便能增加模具的冲击强度，这仅是一个小小的行为，却能产生一组强力 的模具，更能抵抗较高的闭锁压力及射出压力。Fig.1 增加A角πn 度的影产品设计者将会注意到适当拔模角的重要性， 确定在模塑时能容易的射出。 模具表面的咬花样式将会影响射 出，应该尽早与咬花者研究，协助解决这个问题。 四、模具设计者: 模具设计者，对模具而言，扮演着非常重要的角色，能使模具制造者，经由产品设计者构想中的产品，制 造出值得信赖又经济的模具。 在寻求模具设计时，将满足这些需求，并试着去确定模具能很容易且很经济的由制造者做出。 进一步的将说明模具使用的最佳工具钢和硬度，模具设计者能经由“标准化”创造出非常有价值的服务。 1)选择标准化的配件: 大部分的模具设计者，都习惯指定所有的标准零件如：导柱、管、衬套、顶出销等，这些零件能很快且便宜 的买到，节省模具制造者的时间。模具设计者应该扩大这种想法到钢材的标准尺寸：已粗加工过的标准钢板及钢 铁的种类，这些能进一步的节省时间和成本；指定现有钢种的标准尺寸，能确保钢材很快速的交到制造者手中， 并且使最初的加工成本及材料的损失降至最低。 大部分的设计者手中都有一份模具标准零件的目录和一份值得信赖的工具钢供应厂商的库存表。 有时候模具最好用标准的模座，装配完成，有时是已加工过的标准钢板、钢棒或只是切下的钢棒。 无论如何，选择标准化，将永远获得利益，而且因而创造出模具系统的经济性。 2)模具钢材的选择： 模具钢种的选择， 在设计时间就应确定， 使得模具的交货能简单而快速， 且材料和零件在适当的时间内购买， 工作计划将做得更好。 选择钢种并不永远是一件简单的差事, 在许多例子里，钢种的选择对最佳的模具系统如生产经济性而言，永 远都是最重要的目标。 首先,对于模具制造者而言,要对钢铁的加工性、抛旋光性、热处理和表面处理性质有了解。 再是模具使用者,要寻求模具良好的耐磨性、防腐蚀性、高抗压强度等。 最常用的钢铁形态有： 预硬的模具钢和承块 (Bolster);全硬性模具钢 (Throgh-Hardening);耐蚀性模具钢. 预硬的模具钢和承块(Bolster)与预硬的钢铁通常是用在:大组模具;模具对耐磨性要求不高;高强度的承块 钢/辅助底板 (holder). 这些钢种交货时通常已淬硬及回火到 280～350HB(30-36HRC)的范围，在模具使用前不需要任何热处理，表 面硬度可经由火焰硬化及氮化处理得到较高的硬度。预硬钢铁用在大组模具，且需要适当寿命的产品上。 ASSAB 718/IMPAX Supreme 和 HOLDAX 都是 Ni-Cr-Mo 合金工具钢，预硬至 290～330HB(32-34HRC)。 ASSAB 718 是经过真空除渣再精炼技术制成，具备均匀的组织，良好的加工性及优良的抛光性，同时由于非 常低的硫含量，所以具备良好的咬花性(Photo-etching)。13HOLDAX 推荐使用在高强度的承块上和不需要高抛光性的大组模具上，具备有优良的加工性，能将放模仁 (Inserts)的孔穴以快速重切削率加工完成。 全硬性模具钢通常用在：长期生产使用;抵抗某些塑料的刮伤性;对抗高锁定(Locking)压力或射出压力. 这些钢种交货时通常都是退火状态，必须经过粗加工，应力消除，完成加工，热处理至所需硬度，最后研磨， 抛光或咬花。 当全硬性钢种，使用在模穴或模芯(core)时,通常是被装置在预硬过的承块中，如 HOLDAX。模穴及模仁使用 全硬性的钢种硬度在 HRC48～56 范围内将有以下优点： ● 更好的耐磨性，特别是使用膨胀或加强力塑料原料时。 ● 抵抗变形和凹陷，在模穴及浇口(Gating)附近。 ● 抛光性更好，当模具部分要求更高的表面亮度。 ASSAB 典型的全硬钢种如 M-14，STAVAX ESR 和 8407Supreme。其他若要求更高的耐磨性，硬度在 HRC56 以上 者，可使用 XW-10 及 XW-41，而最耐磨的钢种是粉末冶金制成的 ASP-23。 塑料模具经由下列几种方式受到腐蚀影响： ● 模塑的原料：会产生有腐蚀性的物质如 PVC 易发挥 HCl(氢氯酸)。 ● 冷却循环效率降低：当冷却导管被腐蚀或完全堵塞。 ● 水气固体化 (condensation)，由于生产停顿或在潮湿的环境中操作或储存。 如果模具必须暴露在有腐蚀危害的环境中，则不锈钢的模具材料是最适合的，或许最初钢铁成本会增加，但 若使用传统的工具钢而需经过多次的再抛光处理，所以仍然是很经济的。 STAVAX ESR 是一种不锈钢模，能够达到全硬性，具备有优良的耐磨性，防腐蚀性，良好的加工性及卓越的 抛光性。 3)选择硬度:热处理，可让钢料达到要求的硬度，但会对钢材的几个特性有影响，包括韧性、抗压强度、耐磨性 和防腐蚀性。 一般而言，增加强度能对磨损、压应力、凹陷有更好的抵抗力，但较低的硬度有好的韧性，通常全硬性钢种 的工作硬度是 HRC48～56，适当的硬度将依钢种的使用、模具的尺寸、模穴的形状、模塑的程序、模塑的原料等 决定。 五、模具制造者: 整体模具系统成本，实质上有一部分是牵涉在模具制造上，因此在模具制造程序中，应该尽可能的明确化。 具有良好设备的加工厂，熟练而胜任的技术人员，在这个过程中都是必要的部分。对制造厂而言，基本的投资最 后将集中在钢材上：钢材的质量和特性;钢材的表面和库存; 1)模具钢材质量和特性:模具制造者，将寻求一种模具钢：没有缺陷;容易加工及抛光;热处理很稳定;放电加工、 咬花等的稳定性. 2)内部的检测:有经由 ASSAB 提供的材料，不论是外表或内部都通过多种程序检查，包括超音波探伤试验，以确 定均一的高质量。 3)加工性:由于模具制造成本中约有 1/3 是加工成本，因此良好而均一的加工性是最重要的。 除了 ASSAB 718 和 HOLDAX 外其余的钢材都是经过完全退火状态，能发挥最高的切削能量及加工率。 几个 ASSAB 钢种，经由磨损试验，得知其加工性的比较如下图，必须注意的是 ASSAB 718 及 HOLDAX 是在预硬的状态下试验其加工性。 4)抛光性: 抛光是非常耗时而且昂贵的加工程序，有时甚至是整组模具成本的 30%，要获得良好的结果，非常重要的 是抛光技巧及下列几点：14模具的清理，非金属性杂质的分布、形态、大小等。 钢材的均质性: 钢材的硬度: 已硬化的钢种：热处理的过程，是如何做的。 为避免非金属性杂质，钢材必须经过真空除渣(Vacuum Degassed)或电渣再融处理 (Electro-Slag-Refined)即 ESR 等冶金处理，已经确知 ESR 处理比一般传统式的炼钢法，能获得更均匀的组 织，同时杂质去除的更干净。STAVAX 经由 ESR 处理，更增加抛光性，ASSAB 718、M-14、8407 都经过真空除 渣处理。 5)热处理前的表面状况: 热处理将会影响到模具表面，因此热处理前只能抛光到特定的水平，表一中有不同热处理条件，模具表面 必须加工到何种粗度。 表一 热处理前的表面状况 ASSAB 钢种 真空热处理 铸铁片保护 盐浴炉 保护性气体炉 STAVAX ESR 0# 180# 220～440# M-14 XW-10 XW-41 400# 180# 60# 220～400# 6)热处理: 对已加工完成的工具施以热处理，主要的目的是为了获得适当的机械性质，如硬度、韧性和强度，而经由 热处理所带来基本上的问题是变形和尺寸改变。 为了使热处理的变形降至最低，模具粗加工后，必须施以应力消除，任何变形可以在最后精加工时修正。 而些微尺寸的改变仍然会有，但能经由缓慢而均匀的加热至淬火温度，及选择适当的淬火介质、较低的 淬火温度等控制到最小，如果尺寸的稳定非常重要，即 STAVAX ESR、M-14、8407 和 XW-10 等都能经由空气硬 化，变形极微。 如果使用全硬钢种，需要用较高的淬火温度以得到较高的硬度，可能就必须牺牲最小变形量的控制，尤 其是较大的尺寸。 避免变形最安全的方法，就是使用预硬钢种，如 ASSAB 718 和 HOLDAX，不需要进一步的热处理，若要求 更高的耐磨性，则经由表面处理如氮化处理获得，尺寸的改变将至最低。 7)钢铁的表面状况和库存: 使用在模具加工业的钢种，有几种表面状况，许多表面皆已加工过，购买这些已加工过的钢铁，便是节 省模具加工者的产能，而用于更技巧性的加工上。 ASSAB 提供您广泛的表面状况，模具加工者依据现有的工作负荷及加工设备，选择最合适的加工形态。 ASSAB 可提供粗加工钢料，精磨钢料，及已加工钢板。 广泛的尺寸库存，亦即对于现有的工作，可找出最适当的尺寸，以降低不必要而昂贵的加工，所有的标 准尺寸都已加入了加工预留量，以便最终的加工。 8)预加工钢棒:对于模具制造者而言，若使用预加工钢棒，所有钢铁成本将有下列影响： ● 更少的材料：买更少的材料，减少材料的浪费。 ● 没有粗加工成本：为了除去表面的脱碳层。 ● 缩短制造时间：计划更简单，计算更精确。 9)精加工模具钢:精加工材料可加工至公差+0.60/+0.85mm， 更进一步的利益已提过， 就是降低加工至外表尺寸的 费用，对设计者而言将更方便，ASSAS 718 及 STAVAX ESR 均有库存。 10)加工钢板:降低加工成本的方法就是在设计时，使用加工过的钢板组合工具。ASSAB 规格包含模穴钢板和承块 钢板，包含已钻孔、未钻孔及顶出板。 11)放电加工:放电加工模穴时，有几点必须注意，以便得到满意的结果。放电时，表面受到再淬硬作用，变得相 当脆弱，将造成疲劳破裂及寿命减短，为了避免这个问题，下面是必须注意的： ● 最终放电加工必须使用微细放电(低电流，高电压) ● 表面受影响部分必须经由抛光和研磨去除。 ● 若放电侵蚀的表面花纹，是模具的最终表面，则此模具必须在低于原先回火温度 15～20℃的温度中再回 火，ASSAB 718 和 HOLDAX 须在 500℃回火。 ● 若受放电侵蚀的表面，须再经过刻花，则表面须很小心的用磨石去除。 12)线切割: 已硬化的钢铁可经由线切割，加工成复杂的形状。因为硬化的钢材，存着应力，在切割钢块时，会产生15● ● ● ●变形，甚至破裂。因此热处理条件必须调整至应力最低的状态。 13)咬花: 塑料模具表面咬花的需求， 最近几年一直不断的提高， 因此模具加工的最后一道工作是咬花而不是抛光。 这个作业，使得产品表面更吸引人，更容易握持，对于镜面状况容易受到刮伤及损坏的情形，有补偿的作用。 咬花的结果，不仅是咬花的技术影响，包括钢材及加工的过程。下面几点必须提醒： ● 如果模具有许多不同组件，则必须使用相同的花样，相同的材料，相同的滚轧方向，最好是同一块钢材。 ● 完成粗加工后，经过应力消除工作，再做最后加工。 ● 被咬花的表面粗度，不得低于 220#。 ● 放电侵蚀的表面必须使用磨石去除或抛光，否则再硬化的表面，将产生很差的咬花结果。 ● 欲咬花的表面避免使用火焰硬化。 ● 焊接部位若使用与模具相同材质，则可咬花，但必须标示出让咬花者知道。 ● 若要做氮化处理，则在咬花后进行。 ● 如果模穴表面咬花过度，则将产生射出问题，必须与咬花专家研究，决定拔模角度及咬花的式样。所有 ASSAB 的钢种，都适合进咬花作业，ASSAB 718 由于只有极低的含硫量，特别适合咬花。 六、注塑生产者: 对于塑料射出的操作者而言，他将期待模具能准时运到，同时能生产定量的零件，有好质量的模具便能降低 成本，因此他的需求是： ● 值得信赖的模具交期，包含着已准备好的塑料原料及零件。 ● 值得信赖的模具寿命，亦即：高而均一的生产率;均一的模具品质;模具寿命长;低的模具维护费用. ● 材料及零件的可换度:总言之，就是模具的信赖度，信赖度必须依靠： (1) 已准备好的模具材料和零件。 (2) 模具材料的寿命。 (3) 模具零件的可换性。 模具钢材的寿命依据:耐磨性;抗压强度;抗腐蚀性;热传导性.模具寿命受到工具的影响，模穴的模仁材料是 依据塑料的原料、寿命的要求，模塑的程序及产品的特性而决定。 (1)耐磨性:工具钢包含了广泛的耐磨性和抗压强度。 预硬钢种有适当的耐磨性， 如 ASSAB 718、 HOLDAX。 全硬钢种， 要求更高的性质， 如 STAVAX ESR、 M-14、 8407、 XW-10、ASP-23。耐磨性要求的程度依据使用何种树脂、射出者、生产量、添加物数量、公差等。 预硬钢种，可表面处理，以得到较佳的耐磨性，如氮化处理，无论如何，全硬性钢种将可同时获得耐磨性和 抗压强度。 全硬性钢种的耐磨性可由氮化钛被覆、氮化处理、硬铬涂装进一步增加耐磨性，这种表面处理必须待模具已 完成后进行，因为进一步的加工将有困难。但必须注意氮化处理将减低 STAVAX 的耐磨性。 (2)抗压强度:抗压强度的需求， 主要由塑料射出的过程―射出及闭锁压力， 及产品公差决定。 当塑料进行射出时， 压缩力量集中在模具的分模面(Parting Faces)，当使用预硬钢种时，可在模穴周围进行火焰硬化，能进一步增 进抗压强度。 (3)耐腐蚀性:为了要使模具在射出时，有固定的高生产率和均一的质量水平，模具表面必须不能变质，腐蚀。有 经验可知几个方式： 有些塑料原料，在生产时会制造腐蚀物质，如 PVC 制造氢氯酸，但只要射出温度不超过 160℃，可降低腐蚀 状况。 冷却介质(或温度控制介质)，有腐蚀性，将降低冷却效率，甚至冷却导管整个阻塞。 在潮湿或有腐蚀性的环境中生产，或者在储存时，由于水分的固化、生锈、而破坏了模穴，产品表面遭受损 失。 所有这些问题，都创造了一种要求，即模穴和模仁能耐腐蚀。STAVAX ESR 是高纯度的不锈钢，是上面所有 难以形容问题的答案，STAVAX 能创造值得信赖的模具，同时降低了整体模具生产成本。 (4) 热传导性:模具射出的生产速率，依靠模具将塑料原料的热量传递到冷却介质上。换言之即冷却效率，高合 金钢的热传导性较低合金钢为低。无论如何，我们清楚的发觉，模塑零件的塑料，主宰着模具中热的流动，因为 与钢铁比较，塑料的热传导性更差。 七、模具钢种的选择: 1)模具钢材与承块钢材:一般说明16718/IMPAX SUPREME M-14 STAVAX ESR 8407 XW-10 ASP-23为 Ni-Cr-Mo 预硬合金钢，交货硬度 290-330HB，有优良的抛光性和咬花性，适用于广泛的射出 模具、吹气模具、挤压模具。 Ni-Cr-Mo 全硬性钢种，推介使用在需要耐磨性的塑料射出/压缩模具。 全硬性不生锈模具钢，具备卓越的抛光性、耐蚀性及耐磨性。 含有 5%Cr 的多用途全硬性模具钢，有良好的耐磨性及抛光性。 全硬性工具钢，使用在形状小而复杂的零件且需大量生产的模具，如电子零件模具。 经由 ASP 粉末冶金制成的全硬性高速钢， 应用在小而复杂形状或磨损性塑料原料且要求寿命非常 长的模具上，如热固性塑料的射出成型或传移模。 高抗拉强度的中碳钢(650N/m O) 具备非常好的加工性和高强度的预硬钢种(1000N/ m O)模具钢材承块钢材 UHB11HOLDAX2)化学成分及表面状况 ASSAB 钢 种 C Si 模具钢 718 M-14 8407 STAVAX XW-10 ASP-23 承块钢 UHB 11 HOLDAX 0.33 0.55 0.37 0.38 1.0 1.27 0.3 0.3 1.0 0.8 0.2 0.5Mn 0.8 0.5 0.4 0.5 0.6 0.3化 学 成 分 Cr Ni Mo 1.8 0.9 1.0 3.0 5.3 13.6 5.3 4.2 W 6.4 -VS 0.008 0.008 1.0 0.3 0.2 3.1 0.04 0.07 X X X X X X X X表 面 状 态 HR PM FM MP X X X X X X X X交货状况 硬度 HB 290~330 230 180 215 215 2600.2 1.4 1.1 5.0 0.2X X X XX0.4~0.5 0.2~0.3 0.6~0.8 0.33 0.4 1.5 1.9X200 290~330HR=热轧钢板 PM=预加工钢板 FM=精加工钢板 MP=加工钢板 3)工具钢的特性比较: 这些主要模具及承块用钢的性质，以 1～10 等级来比较，10 为最高等级，对选择钢种有很大的帮助。 性质 718 M-14 8407 STAVAX XW-10 ASP-23 UHB11 HOLDAX (P20)一般硬度 HRC(HB) 耐磨性 韧性 抗压强度 耐腐蚀性 加工性 抛光性 焊接性 氮化处理性 咬花性 300 2 9 4 2 5 9 4 5 9 54 6 6 7 2 6 7 3 3 7 7 6 7 3 9 8 4 10 8(H13)54 56 7 4 7(S136)60 9 3 9 3 8 7 2 8 5(H13)62 10 4 10 3 5 8 2 10 5(粉末钢)200 1 9 2 1 8 5 5 2 2 300 2 8 4 2 8 4 4 5 37 7 10 4 5 8※※需要特别程序 4)一般性建议: 程 序原 料热塑性塑料 ―预硬模具钢建 议 钢 种718 M-14 8407 STAVAX M-14 XW-10硬度 HRC(HB)300 45～56 45～54 50～56 54～56 58～60 17塑料射出模―全硬性模具钢 热固性塑料压缩/转移模 吹气模 Blow moulding 挤压模热固性塑料ASP-23 M-14 STAVAX XW-10 ASP-23 718 STAVAX 718 STAVAX60～62 54～56 54～56 58～60 60～62 300 45～50 300 45～50一般塑料 PVC 一般塑料 PVC5)特别建议: 特别要求大尺寸模具 表面要求高举 例汽车组件包括仪表板、保险杆、方向盘等、计算 机、电视、冷气、音响，若表面状况要求不高者 射出光学/医药零件、透明盖子、激光唱片、碟影 片、电话机、仪表板、透明安全帽等 1、 大组汽车/家电产品钢种718 HOLDAX STAVAX
XW-10 STAVAX ASP-23 XW-10 STAVAX ASP-23 STAVAX M-14硬度 HRC(HB)300 300 50～56 48～52 300 300 60～62 50～56 60～62 60～62 50～56 60～62 50～56 54～56复杂形状2、 小组模具耐磨性要求不高 3、 小件模具， 要求高耐磨性， 如电气/电子零件磨损性塑料原料加强力/膨胀性塑料，如 I.C.晶体管、计算机连 接器、开关、齿轮及工程塑料含玻璃纤维 10~40% 热塑性零件、免洗餐刀具、特瓶等 1、 腐蚀性射出原料：PVC大量生产耐腐蚀性2、 潮湿环境使用/模具储存 3、 预防表面的一般污点/生锈 4、 防止冷却管中的腐蚀STAVAX50～56718 咬花 1、 预硬钢种 2、 全硬性钢种 M-14 8407 STAVAX300 48～56 48～54 50～5618第三节 塑料模钢材选择模具型腔及零部件包括型腔、型芯、滑块、镶件、斜顶、侧抽等，是与塑料直接接触而成型制品的模具零部 件。模具型腔及零部件的材质直接关系到模具的质量、寿命，决定着所成型塑料制品的外观及内在质量，必须十 分慎重，一般要在合同规定及客户要求的基础上，根据制品和模具的要求及特点选用。 1.模具型腔及零部件用模具钢材的选用原则： 根据所成型塑料的种类、制品的形状、尺寸精度、制品的外观质量及使用要求、生产批量大小等，兼顾材料 的切削、抛光、焊接、蚀纹、变形、耐磨等各项性能，同时考虑经济性以及模具的制造条件和加工方法，以选用 不同类型的钢材。 1.1)对于成型透明塑料制品的模具，其型腔和型芯均需选用高镜面抛光性能的高档进口钢材: 如718（P20+Ni类） 、NAK80（P21类） 、S136（420类） 、H13类钢等，其中718、NAK80为预硬状态，不需再 进行热处理；S136及H13类钢均为退火状态，硬度一般为HB160-200，粗加工后需进行真空淬火及回火处理， S136的硬度一般为HRC40-50，H13类钢的硬度一般为HRC45-55（可根据具体牌号确定） 。 1.2)对于制品外观质量要求高，长寿命、大批量生产的模具，其成型零部件材料选择如下： a)型腔需选用高镜面抛光性能的高档进口钢材:718;P20+Ni;NAK80;P21， 均为预硬状态， 不需再进行热处理。 b)型芯可选用中低档进口P20或P20+Ni类钢材:如618、738、、318等，均为预硬状态；对生产批量 不大的模具，也可选用国产塑料模具钢或S50C、S55C等进口优质碳素钢。 1.3)对于制品外观质量要求一般的模具，其成型零部件材料选择如下： a)小型、精密模具型腔和型芯均选用中档进口P20或P20+Ni类钢材。 b)大中型模具，所成型塑料对钢材无特殊要求，型腔可选用中低档进口P20或P20+Ni类钢材；型芯可选用低 档进口P20类钢材或进口优质碳素钢S50C、S55C等，也可选用国产塑料模具钢。 c)对于蚀皮纹的型腔，当蚀梨地纹时应争取避免选用P20+Ni类的）牌号。 1.4)对无外观质量要求的内部结构件，成型材料对钢材亦无特殊要求的模具，其成型零部件材料选择如下： a)对于大中型模具，型腔可选用低档的进口P20或P20+Ni类钢材，也可选用进口优质碳素钢S55C、S50C或国产 P20或P20+Ni类塑料模具钢；型芯可选用进口或国产优质碳素钢。 b)对于小型模具，若产量较高，结构较复杂，型腔可选用低档的进口P20或P20+Ni类钢材，也可选用国产P20 或P20+Ni类塑料模具钢；型芯可选用国产塑料模具钢。 c)对于结构较简单，产量不高的小型模具，型腔型芯均可选用国产塑料模具钢或优质碳素钢。 1.5)对于成型含氟、 氯等有腐蚀性的塑料和各类添加阻燃剂塑料的模具， 若制品要求较高， 可选用进口的耐蚀钢， 要求一般的可选用国产的耐蚀钢。 1.6)对于成型对钢材有较强摩擦、冲击性塑料的模具，例如用来注射尼龙+玻璃纤维料的模具，需选用具有高耐 磨、高抗热拉强度及高韧性等优点的进口或国产H13类钢材。 1.7)成型镶件一般与所镶入的零件选用相同材料。 对于模具较难冷却的部分或要求冷却效果较高的部分， 镶件材 料应选用铍青铜或合金铝。 1.8)对于模具中参与成型的活动部件材料选择原则如下： a)透明件应选用抛旋旋光性好的高档进口钢材，如718、NAK80等。 b)非透明件，一般应选用硬度和强度较高的中档进口钢材，如618、738、、318等，表面进行氮化 处理，氮化层深度为0.15-0.2mm，硬度为HV700-900。 c)若模具要求较低，也可选用低档进口钢材或国产钢材，氮化处理硬度一般为HV600-800。 2.非成型零部件材料选用: 2.1 模架材料参照模架标准，模板一般选用进口 S50C 或国产 SM45，要求 HB160-200，硬度均匀，且内应力小， 不易变形。导柱材料采用 GCr15 或 SUJ2，硬度为 HRC56-62。导套、推板导柱、推板导套及复位杆材料可采 用 GCr15 或 SUJ2，硬度为 HRC56-62；也可采用 T8A、T10A，硬度为 HRC52-56。 2.2 模具中的一般结构用件，如顶出定位圈、立柱、顶出限位块、限位拉杆、锁模块等，对硬度和耐磨性无特别 要求，可选用国产 SM45 钢，正火状态，硬度 HB160-200，不需再进行热处理。 2.3 模具中的浇口套、楔紧块、耐磨块、滑块压板等对硬度、强度、耐磨性要求较高的零件，应选用碳素工具钢 或优质碳素工具钢，如 T8A、T10A 等。此类钢使用时均需进行淬火处理，以提高其硬度和耐磨性，具体硬度 值参照附表。193.决定选材的几个因素: 3.1 模具寿命: 在谈模具材料选择时，我们要先了解注塑模具的一些基本的东西，首先是模具的分类，一般把模具按使用寿 命的长短分五级:一级在百万次以上;二级是 50 万～100 万次;三级在 30 万～50 万次;四级在 10 万～30 万次;五 级在 10 万次以下. 一级与二级模具都要求用可以热处理硬度在 HRC50 左右的钢材，否则易于磨损，注塑出的产品易超差，故所 选的钢材既要有较好的热处理性能. 三级模具用预硬料多，牌号有：S136H，2316H，718H，083H，硬度 HB270----340; 四、五级模具用 P20，718，738，618，，对于要求特低的模具，还有可能用到 S50C，45#钢， 即直接在模胚上做型腔。 3.2 钢料的加工性能: 要在高硬度的状态下有好的切削性能，当然还有其他方面的考虑。通常选用瑞典的 8407 ， S136, 美国的 420,H13,欧洲的 ，083，或日本的 SKD61，DC53（原为五金模材料，特殊情况下使用）一类的钢材。 3.3 塑胶材料决定选材: 注塑的原料及其所增加的填料对选用刚才有很大的影响，尤其是玻璃纤维对模具的磨损大。 有些塑胶料有酸腐蚀性，有些因添加了增强剂或其他改型剂，如玻璃纤维与阻燃剂等; 塑料本身有腐蚀性,强酸性的塑胶料有：PVC，POM，PBT;弱酸性的塑胶料有：PC，PP，PMMA，PA. 有强腐蚀 性的塑胶一般选 S136， 一类钢材;弱腐蚀性的除选 S136， 外，还有 SKD61，NAK80，PAK90， 718M。 3.4 产品品质决定钢料选择: 产品的外观要求对模具材料的选择亦有很大的影响 . 透明件和表面要求抛镜面的产品，可选用的材料有 S136，S，NAK80，PAK90，420，透明度特高的模具应选 S136，其次是 420。 3.5 成本决定钢料选择: 但作为一个设计师，控制成本是重中之重，就拿 S136 与 2316 来比较，每公斤相差 55～60 元，如果你选择 不当，不是接不到单，就是做到亏本。 二、常用模具钢材特性与用途: 1、P20类（预硬塑料模具钢） ：国标钢号：3Cr2Mo。 1.1)参考成分(%)： C:0.28-0.40；Si:0.20-0.80；Mn:0.60-1.00；Cr:1.40-2.00；Mo:0.30-0.55；Ni:≤0.25； 1.2)P20 钢料的特性等级： 耐磨性U★★☆☆☆ 抛光性U★☆☆☆☆ 1.3)P20 钢料的描述： 1.硬度均匀; 2.加工性能良好,易切削,抛光和电蚀. 3.心部具有较好韧性; 4.锻造温度:℃; 5.退火温度:710-740℃,保温后炉冷,退火后硬度为 HB235; 6.消除应力温度:650-675℃; 7.奥氏体化温度:840-870℃. 8.冷却介质:油,分级(180-220℃). 特点：P20 料硬度高,韧性好,抗拉性强,但是不耐腐蚀,耐磨性差.经热处理后，加工及抛光性能良好，适宜 电火花加工。用于一般制造大型塑胶模具及用作塑胶模模架。 整个P20料,材料在钢材出厂前均经过预硬处理,都不再宜于淬火处理.P20料淬火容易爆裂.只能进行表面氮 化处理.氮化的要求为表面0.1mm,硬度HRC65---68. P20料切削加工性能一般,当P20材料最小尺寸大于300mm时,如果在加工过程中存在大量WC或EDM加工工序时, 在EDM或WC加工完成后,必须再做一次回火.20韧性U★★☆☆☆ 抗蚀性U★☆☆☆☆加工性U★★★☆☆1.4)主要钢厂的P20材料型号有： （1）瑞典一胜百ASSAB 618： 出厂状态及参考硬度：预硬HB280～320；约HRC30-32; 性能及用途：具有良好的抛光和切削加工性能，广泛应用于热塑性塑料的注射模（一般用于中小型模具， 可焊性一般） 。 ASSAB公司共生产3种P20料,为718S,718H,618.其中718H为718S料出厂前进材料热处理获得.其中618料 是这三种料级别最低的,相当于GS2311料,抛光性能差.生产寿命在10万啤以下.718S和718H料抛光性能好, 可用于透明抛光模,其中718H的抛光性性能高于718S料.这两种料的生产寿命为30万啤. （2）日本大同制钢(DAIDO STEEL)PX4、PX5: 出厂状态及参考硬度：预硬HRC30～33； 耐磨性U★★★☆☆韧性U★★★☆☆加工性U★★★☆☆抛光性U★★★☆☆ 性能及用途： 1.具有良好抛光性能; 2.PX5焊接性能较好，以焊接开裂敏感性低的成分平衡设计，焊接性能大幅度改善，用于大型镜面模具，如 汽车尾灯、前挡板以及摄象机、家用电器壳体等。 3.蚀纹性能较好，但易出加工砂眼; 4.氮化性能一般（高光时） 。 特点：抛光,电蚀,焊补性与切削加工性良好. （3）德国葛利兹(Groditz)W.1.2311： 出厂状态及参考硬度：预硬HRC30～34； 性能及用途：用于大型优质长期生产塑料模具，适合制造电视机壳、冰柜、洗衣机、水桶等模具。 （4）德国德威GSW-2311: 出厂状态及参考硬度：预硬HRC31～34； 性能及用途：电蚀加工性能好，用于大中型镜面塑料模具。 （5）奥地利百禄(BOHLER) M202与M200、M201： 出厂状态及参考硬度：预硬HRC30～34； 性能及用途：属P20类，但碳、锰含量偏高。可进行电蚀加工，用于家电和汽车用塑料模具。 M201特性： 1.硬度均匀,易切削,容易镜面磨光； 2.含硫量底,适合火花电蚀加工,可作火焰加硬,表面镀铬及氮化处理. 3.锻造温度:℃,炉中冷却; 4.退火处理:850～900℃; 5.消除应力:热度均匀后,停留1～2小时于炉中冷却; 6.淬火温度:840-860℃保温后油冷或860-880℃保温后空冷,至少停留10分钟.如厚度大于20L,则每增加1 L多加0.5分钟,最后硬度约为HRC50。 7.回火:回火时间至少1小时,厚度20L以上者每增20L多加1小时。 （6）法国阿塞洛(Arcelor)SP300： 出厂状态及参考硬度：预硬HRC30～34； 性能及用途：具有良好的加工工艺性，抛光性和皮纹加工性，用于大而厚的塑料模具。 （7）韩国重工(株)HP-4MA： 出厂状态及参考硬度：预硬HRC27～34； 性能及用途：硬度均匀，耐磨性好，用于电视机前壳、电话机、吸尘器、饮水机等模具。21（8）国产P20(3Cr2Mo,抚顺特钢FT61): 出厂状态及参考硬度：预硬HRC30～36； 性能及用途：淬透性高，综合力学性能好，抛光性能好，用于大中型复杂精密模具型腔、型芯、滑块、镶 件等。 （9）德国布德鲁斯 2312 预硬大型塑胶模具钢: 出厂状态UHB290-330 耐磨性U★★☆☆☆ 相当百禄 BohlerU 加工性U★★★★☆ M202 抛光性U★★☆☆☆产品描述：布德鲁斯 2312 主要用在大型塑胶模具,模架上。如汽车保险杠,电视机外壳模具等。适合要求高 光整度的模具如生产硬胶（PS）及超不淬胶（ABS）等。 特点：优良加工性能，易切削抛光和电蚀。 2、P20+Ni类（预硬镜面塑料模具钢） ：铬镍合金钢,国标钢号：3Cr2NiMo或3Cr2NiMnMo 2.1)钢材参考成分(%)：在P20的基础上加入1%左右的Ni； 钢材 名称 化学成分 钢材厂商 出厂状态 碳C 0.38 硅 Si 0.3 锰 Mn 1.4 镍 Ni 2.0 铬 Cr 12.0 钼 Mo 0.2 铝 Al 铜 Cu 比较标准 AISI P20 改 良型 GB 4Cr2MnNi718S瑞典一胜 百HB290~3302.2)主要钢厂的P20+Ni材料型号有： （1）瑞典一胜百 ASSAB 718(UDDEHOLM IMPAXHH)： 出厂状态及参考硬度:预硬HB290～370；718S:预硬至31～35HRC;718H:预硬至35～40HRC. 性能及用途：718特硬型出厂时已热处理至36～40HRC.因高硬度而有以下优点: 1.耐磨性更好; 2.抗拉强度及抗压强度更高; 3.具有高淬透性; 4.良好的抛}