时效硬化性模具钢的特点及例子

此类钢的共同特点是含碳量低、合金度较高，经高温淬火(固溶处理)后，钢处于软化状态，组织为单一的过饱和固溶体。但是将此固溶体进行时效处理，即加热到某一较低温度并保温一段时间后，固溶体中就会析出细小弥散的金属化合物，从而造成钢的强化和硬化。并且，这一强化过程引起的尺寸、形状变化极小。因此，采用此类钢制造塑料模具时，可在固溶处理后进行模具的机械成形加工，然后通过时效处理，使模具获得使用状态的强度和硬度，这就有效地保证了模具终尺寸和形状的精度。

　　此外，此类钢往往采用真空冶炼或电渣重熔，钢的纯净度高，所以镜面抛光性能和光蚀性能良好。这一类钢还可以通过镀铬、渗氮、离子束增强沉积等表面处理方法来提高耐磨性和耐蚀性。下面介绍几种时效硬化型塑料模具用钢。

　　(一)25CrNi3MoAl钢

　　25CrNi3MoAl属低镍无钴时效硬化钢，这是参考了国外同类钢的成分，并根据我国冶炼工业的特点及使用厂对性能的要求加以改进而研制的一种新型时效硬化钢，为我国时效硬化型精密塑料模具专用钢种填补了空白。

　　1.化学成分及相变点

　　25CrNi3MoAl钢的化学成分见表3-13。

　　表3-13 25CrNi3MoAl钢的化学成分(质量分数)(%)

　　C Cr Ni Mo Al Si Mn S、P

　　0.2～0.3 1.2～1.8 3.0～4.0 0.2～0.4 1.0～1.6 0.2～0.5 0.5～0.8 ≤0.03

　　相变点Ac1740℃、Ac3780℃、Ms290℃。

　　2.力学性能

　　(1)硬度：25CrNi3MoAl钢经不同温度固溶及时效处理后的硬度分别见表3-14及表3-15。

　　表3-14 25CrNi3MoAl钢经不同温度固溶处理后的硬度

　　加热温度/℃(保温30min) 830 920 960 1000

　　硬度HRC 50 48.5 46.4 45.6

　　表3-15 25CrNi3MoAl钢时效处理后的硬度

　　时效温度/℃ 500 520 540

　　硬度HRC 35.5～38 39～41 39～42

　　(2)室温力学性能：25CrNi3MoAl钢经880℃固溶，680℃回火，540℃时效处理8h后的力学性能见表3-16。

　　表3-16 25CrNi3MoAl钢的室温力学性能

　　HRC σb/Mpa σs/MPa δ(%) ψ(%) αk①/(J/cm2)

　　39～42 1260～1350 1170～1200 13～16.8 55～59 45～52

　　①αk值为夏比U形试样冲击韧度值。

　　3.热处理工艺

　　(1)用作一般精密塑料模具：淬火加热温度880℃，空冷或水冷淬火，淬火硬度48～50HRC，再经680℃，4～6h高温回火，空冷或水冷，回火硬度22～23HRC，经机加工成形。再经时效处理，时效温度520～540℃，保温6～8h，空冷，时效硬度39～42HRC。再经研磨、抛光或光刻花纹后装配使用。时效变形率大约为-0.039%。

　　(2)用于高精密塑料模具：淬火加热温度880℃，再经680℃高温回火，其余工艺同上。但在高温回火后对模具进行粗加工和半精加工，再经650℃保温1h，消除加工后的残留内应力，然后再进行精加工。此后的时效、研磨、抛光等工艺仍同上。经此处理后时效变形率仅为-0.01%～-0.02%。

　　(3)用于对冲击韧度要求不高的塑料模具：对退火的锻坯直接经粗加工、精加工，进行520～540℃、6～8h的时效处理，再经研磨、抛光及装配使用。经此处理后，模具硬度40～43HRC，时效变形率≤0.05%。

　　(4)用作冷挤型腔工艺的塑料模具：模具锻坯经软化处理后，即对模具挤压面进行加工、研磨、抛光。然后对冷挤压模具型腔和模具外形进行修整，后对模具进行真空时效处理或表面渗氮处理后再装配使用。

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