Thép khuôn nhựa

Giới thiệu về thép khuôn

Thép khuôn là gì

Thép khuôn là thép công cụ được thiết kế để làm khuôn, có các đặc tính như độ cứng cao, chống mài mòn, độ dẻo dai, độ ổn định nhiệt, chống ăn mòn, khả năng gia công và khả năng đánh bóng. Các loại khác nhau (ví dụ P20, P4, P6, P21 và thép khuôn chống ăn mòn) phù hợp với các ứng dụng công nghiệp cụ thể như đúc phun nhựa, đúc khuôn, v.v., tùy thuộc vào thành phần và quy trình xử lý nhiệt của chúng. Các loại thép này, có các đặc tính được tối ưu hóa bằng các quy trình thấm cacbon, làm cứng và ram để đáp ứng nhu cầu của môi trường áp suất cao, nhiệt độ cao và ăn mòn, là vật liệu không thể thiếu cho việc chế tạo khuôn hiện đại.

Tính chất chính của thép làm khuôn

Các đặc tính của thép khuôn cho phép chúng đáp ứng các yêu cầu khắt khe của việc chế tạo khuôn. Sau đây là các đặc tính chính của nó:

1. Độ cứng và khả năng chống mài mòn

Thép khuôn cần độ cứng cao để chống mài mòn và đảm bảo khuôn duy trì hình dạng và độ ổn định kích thước trong thời gian dài. Ví dụ, sau khi thấm cacbon, thép khuôn P20 có độ cứng bề mặt là 65 HRC.

2. Độ cứng

Thép khuôn phải đủ cứng để chịu được ứng suất cơ học và va đập của quá trình đúc để tránh nứt hoặc gãy. Điều này đặc biệt quan trọng đối với khả năng chống lại sự tác động cơ học và sốc nhiệt.

3. Độ ổn định nhiệt

Trong môi trường nhiệt độ cao (ví dụ, quy trình đúc khuôn), thép khuôn cần duy trì các đặc tính của chúng và không bị mềm do nhiệt độ cao. Ví dụ, P20 có khả năng chống mềm thấp khi được tôi luyện, tương tự như thép cacbon thông thường.

4. Khả năng chống ăn mòn

Khả năng chống ăn mòn rất quan trọng đối với khuôn tiếp xúc với vật liệu ăn mòn (ví dụ: nhựa PVC) hoặc được sử dụng trong môi trường ẩm ướt. Thép không gỉ martensitic có hàm lượng crom cao (ví dụ: 13% Cr) thường được sử dụng cho các ứng dụng như vậy.

5. Khả năng gia công

Thép khuôn phải dễ dàng gia công thành hình dạng mong muốn để giảm chi phí sản xuất. Ví dụ, thép khuôn P6 có thể được ủ ở độ cứng thấp (ví dụ 180 HB) để dễ gia công.

6. Khả năng đánh bóng

Đối với khuôn đòi hỏi độ hoàn thiện bề mặt cao (ví dụ, khuôn đúc nhựa trong suốt), thép khuôn phải có khả năng đánh bóng tốt, không có tạp chất và đồng nhất về mặt hóa học và cấu trúc. Ví dụ, thép khuôn P21 thường được sử dụng trong các khuôn như vậy vì khả năng đánh bóng tuyệt vời của nó.

Các loại và ứng dụng của thép làm khuôn

Thép khuôn được phân loại thành nhiều loại khác nhau theo thành phần hóa học và ứng dụng, sau đây là các loại chính và đặc điểm của chúng:

1. Thép khuôn P20

Đặc điểm: độ cứng trung bình, thường tôi bằng dầu, độ cứng khi xử lý nhiệt khoảng 300 HB, độ cứng bề mặt thấm cacbon lên tới 65 HRC, nhưng khả năng chống làm mềm khi ram thấp.

Ứng dụng: Được sử dụng cho khuôn đúc khuôn và khuôn ép nhựa làm từ hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp.

2. Thép khuôn P4 và P6

P4: Chứa hàm lượng crom và molypden cao, thép tôi sâu, biến dạng khi tôi nhỏ, độ cứng lên tới 95-125 HB, có khả năng chống mài mòn và độ dẻo dai tuyệt vời.

P6: Chứa khoảng 3,5% niken, có thể ủ đến 180 HB, có khả năng làm cứng tốt, thích hợp để gia công khoang khuôn.

Ứng dụng: P4 được sử dụng cho các khuôn đòi hỏi độ bền và khả năng chống mài mòn cao, còn P6 được sử dụng cho các khuôn đòi hỏi gia công các khoang phức tạp.

3. Thép khuôn P21

Đặc điểm: Chứa 0,80% carbon, hợp kim với niken và nhôm, được thấm cacbon đến độ cứng bề mặt 65-66 HRC, độ sâu bề mặt 0,035-0,043 inch, khả năng đánh bóng tuyệt vời.

Ứng dụng: Được sử dụng trong khuôn ép phun nhựa khi cần bề mặt hoàn thiện cao.

4. Thép khuôn chống ăn mòn

Đặc điểm: Thường là thép không gỉ martensitic có hàm lượng crom cao (ví dụ: 13% Cr) có khả năng chống ăn mòn vượt trội so với thép cacbon hợp kim thấp.

Ứng dụng: Dùng để đúc khuôn nhựa ăn mòn (ví dụ PVC).

5. Thép khuôn dập (Cấp độ Hubbing)

Đặc điểm: thép khuôn có hàm lượng cacbon thấp, độ cứng ủ thấp (ví dụ: dưới 150 HB), dễ ép (tạo rãnh) để tạo khoang khuôn, độ cứng bề mặt thấm cacbon.

Ứng dụng: Dùng để sản xuất khuôn nhiều khoang hoặc khuôn có hình dạng đơn giản.

Yêu cầu về hiệu suất cho thép khuôn

Thép khuôn được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu hiệu suất cụ thể cho các ứng dụng khác nhau:

• Hubbability: Độ cứng ủ thấp để dập tiết kiệm. Ví dụ, thép P1 phù hợp nhất để dập nhưng ít được sử dụng do khả năng làm cứng thấp.
• Khả năng chống mài mòn: Khả năng chống mài mòn khi vật liệu chảy vào khuôn. Ví dụ, thép P4 có khả năng chống mài mòn tuyệt vời do hàm lượng crom cao.
• Độ cứng bề mặt cao ngăn không cho khoang khuôn “chìm” dưới áp suất cao. Ví dụ, thép P5 có độ cứng là 65 HRC sau khi thấm cacbon.
• Độ bền: Có khả năng chống lại các cú sốc cơ học và nhiệt; ví dụ, lõi cứng của P20 và P21 mang lại độ bền cao.
• Thay đổi kích thước thấp trong quá trình tôi duy trì độ chính xác về kích thước của khuôn. Ví dụ, thép P4 có độ biến dạng tối thiểu khi tôi trong dầu hoặc không khí.
• Khả năng chống ăn mòn: phù hợp với môi trường ăn mòn, ví dụ thép khuôn thép không gỉ có 13% Cr.
• Độ cứng giảm dần khi tôi luyện: duy trì độ cứng ở nhiệt độ cao, ví dụ thép P4 mất độ cứng chậm khi tôi luyện.