~读书园地~塑料模具用钢的种类和选择薄鑫涛（宝钢集团上海五钢有限公司锻造厂）本文简述塑料成型模用钢的性能要求和渗碳型、调质硬化型、泮硬型、耐蚀型等各类塑料模具用钢的材料及选择，另外，也列出一些常见的进口塑料模钢牌号。

  随着塑料工业发展的突飞猛进，塑料模等向性好。具的需求量急剧增加。据报导，不少工业发达国家塑料模具的产值已跃居于模具制造业的xx。为了适应塑料制品的尺寸日趋大型化、形状的复杂化和表面装饰的美观化，塑料模具正朝着大型化、复杂化、精密化和多腔化方向发展。

  1.塑料模具钢的性能要求塑料制品的成型有注射（注塑）、压缩（压塑）、挤压、压注和吹塑等多种方法，其配备的塑料模零部件分两大类。一类为结构件，包括浇注系统、导向件、定模板、顶出机构件、支承件等，选用材料一般为中、低碳的碳素结构钢或合金结构钢和碳素工具钢等其中部分零部件市场上有标准产品供应；另一类为成型件，包括型腔、型芯、嵌镶件等，是直接成型塑料制品的关键部件。成型件结构复杂、要求尺寸精硫接缝密合和表面光滑，使用材料所要求的强度和韧度虽不如冷作模和热作模的那样高，但必须具备如下的特定性能要求。

  表1渗碳型塑料模具用钢钢号代号化学成分（质量分数）标准号其它注1：标准号GyT 699―1999中所列钢号、ISC代号为优质钢。

  如是高级优质钢，在钢号后面加“A”，ISC代号{zh1}一位数字改为“3”；如是特级优质钢，在钢号后面加“E”，ISC代号{zh1}！位数字改为“6'差别在于P和S的含量，上述三类钢分别以>0.035%，3077―1999中所列钢号、ISC代号指优质钢u高级优质钢（带”A“钢）尾部数字为”3“，特级优质钢（带”E“钢）尾部数字为”6'钢号S、P及残余（：1（：1-、：冷挤空冷）冷挤压成型后进行渗碳淬火和低温回火处理。表面硬度可提高至58~62HRC，具有高的耐磨性；同时心部硬度为28HRC左右，有良好的强韧性。

  2.2非合金型塑料模具专用钢非合金型塑料模具专用钢YB/T 107―1997列出SM45、SM48、SM50、SM53、SM55，成分见表2.这类钢与优质碳素结构钢相比，钢中的实际S、P含量低，钢材的纯净度好，且碳含量的波动范围窄，力学性能更稳定。这类钢适宜于制造形状简单的小型塑料模具或精度要求不高、使用寿命不需要很长的塑料模具。表2非合金型塑料模具专用钢（YB/T107―1997）钢号化学成分（质量分数）不大于常见的45钢价格低廉、来源方便目前用作塑料模具仍较为广泛，但其淬透性差。制造较大尺寸模具时，一般用热轧、热锻的退火态或正火态，由于硬度低，耐磨性差，故寿命较低；可以采用调质处理获得一定的硬度及强韧性来制造属于中、低档次的中、小型模具。

  2.3调质硬化型塑料模具用钢调质硬化型塑料模具用钢大体有三类。

  2.3.1中碳合金结构钢典型用作塑料模具钢的有40Cr、42CrMo和38CrMoAl钢等，相应的ISC代号为A20402、A30422和A33382代号尾数也可为3和6，所指含义和成分上差别可见表1注2.其多半以调质状态使用。由于这三种钢种为人所熟知，成分不另列出，相应标准可查GB/T3077― 40Cr钢调质后有良好的综合力学性能，比相应的碳钢强度高20%左右，且有良好的低温冲击韧度和低的缺口敏感性，适于制作中型塑料模具。另外，40Cr钢还可结合碳氮共渗工艺处理，进一步提高耐磨性和抗蚀性。

  强韧性，且有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力，低温冲击韧性良好。适于制造要求一定强度和韧性的大、中型塑料模具。

  氮处理，表面硬度高（大于850HV）并具有一定的抗蚀性。适用于聚氯乙烯、聚碳酸酯有腐蚀性气体及耐磨的注射模等。

  2.3.2预硬化型塑料模具专用钢国内、外广泛采用的预硬化型塑料模具目前，国内许多冶金厂和少数机械厂均能提供该类钢的各种规格尺寸并经预硬处理的模块、扁钢或圆棒（硬度28~40HRC）。用户购置后可以直接加工成型使用，避免加工后再热处理造成的变形、开裂、脱碳等缺陷，从而大大提高制模的精度，并缩短制模周期。

  如需进一步提高模面硬度，可施行火焰淬火或渗氮处理等。

  SM3Cr2Mo钢可用于多种塑料的注塑、压缩和吹塑成形的模具，供货硬度一般为28 ~36HRC，机加工及抛光性好，适于制造大、中型和精密的塑料模具（一般模具厚度<钢，加入Ni后进一步提高钢的淬透性、强韧性和抗腐蚀性。预硬化后大模块的整个截面硬度更为均匀，适于制造特大型、大型塑料模具（模具厚度可大于400mm）和精密塑料模具。

  国内、外部分企业生产3Cr2Mo、3Cr2MnNiMo钢的对应牌号也列于表3.表3预硬型塑料模具专用钢（GB/T1299―2000）及国内外厂商牌号代号化学成分（质量分数）钢号不大于钢号上海五钢公司抚顺特钢公司广重铸锻公司美瑞典德国奥地利日本韩国大同特钢（株）重工业（株）3.3易切削预硬型塑料模具用钢塑料模具成型的切削加工量大，其切削加工性能显得十分重要，特别预硬化后，用户对之更为关注。供货单位往往加入易切削元素及变质剂，如S、Ca、Re等来改善钢的切削性能。现已表明：单一S系钢，虽在低、中速切削条件下具有良好的切削性能，但由于MnS在热变形时会沿变形方向伸长，增加钢的各向异性、显著降低钢的横向塑、韧性；而表4国内开发的易切削预硬化塑料模具钢及处理工艺米用S―Ca复合系和喷射冶金技术，大大改善MnS的形态和分布，从而改善钢的等向性能。国内开发的易切削预硬型塑料模具钢较多，典型的牌号有5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）钢，其化学成分和预硬化工艺见表4.这类钢与常见的预硬型塑料模具钢相比，其含碳量相应提高，并加入一定量易切削元素S或S―Ca预硬化后硬度虽高达35~45HRC，但仍能直接切削加工制模，且有高的耐磨性。在较好的硫化物形态与分布时，并不会影响钢的镜面抛光性。往往用于制造大、中型塑料模。

  化学成分（质量分数）牌号简称其它预硬化处理工艺处理后硬度（HRC）Ca复合易切削元素和喷射冶金技术，改善了硫化物的形态、分布和钢的各向异性。该钢有较高的淬透性、高韧度，预硬态（42HRC）仍具有好的切削加工性，而且具有良好的抛光性和焊补性。适用于型腔复杂的塑料注射模、压缩模或变形要求极小的大型塑料成型模，也可用来制造透明塑料模。另外，该钢可以渗氮或镀Cr、Ni进一步提高表面硬度和抗蚀性。

  糙度和高淬透性，可用于大型镜面塑料模或精密塑料模。）钢由于预硬态硬度高（40~42HRC），耐磨性好，更适于制造硬质塑料模具，不足之处抗腐蚀性稍差。

  切削钢国内外钢种牌号为P20SReP20BSCa（中国华中）德国Thyssen公司为GS2312（1.2312）奥地利Bbhler公司为M202. 2.4泮硬型塑料模具用钢常用的淬硬型塑料模具钢有碳素工具钢~T12）（表5）低合金冷作模具钢（9SiCr、钢）和基体钢（表7）。该类钢成型后再热处理（淬回火）、硬度通常高于45― 50HRC尤其适用于受力大，易磨损、并受到周期性脱模冲击和碰撞的热固性塑料成型模。

  表5用作塑料模具钢的碳素工具钢（GB/Tl298―l986）钢号代号化学成分（质量分数）表6用作塑料模具钢的合金工具钢（GB/Tl299-2000）75080-1.2000300030表7塑料模具用部分基体钢牌号代号化碳素工具钢仅适于制造耐磨性较高，但尺寸不大，受力较小、形状简单以及变形要求不高的塑料模。利用其淬透性低的特点来制造要求表面耐磨而心部有一定韧性的凹模是十分有利的。

  低合金冷作模具钢主要用于制造尺寸较大、形状较复杂和精度较高、生产批量大、耐磨性好的塑料模。

  Crl2型钢适于制造要求高耐磨性（含有固态粉末或玻璃纤维）的大型、复杂、高寿命热作模具钢适于制造有较高强韧性、使用温度较高和一定耐磨性的塑料模。

  对于大型、精密、形状复杂的型腔及嵌件，要求热处理后具有优良耐磨性的模具可考虑选用基体钢。

  6CrNiSiMnMo（GD）钢是推广应用的一种淬硬型塑料模具钢，其强韧性好、淬透性和耐磨性高、淬火变形小、成本低，可以取代Crl2MoV或基体钢制造大型、高耐磨、高精私阳2.5时效硬化型塑料模具用钢时效硬化型塑料模具钢含碳量较低，并含有Ni、Al、Ti、Cu、M等合金元素，往往先经固溶处理（有可逆时效性能的钢种可补加高温回火）在低硬度下加工，成型后进行时效处理，硬度提高至45~50HRC.适于制造表8国内开发的时效硬化型塑料模具钢及热处理工艺形状复杂、高精度及透明塑料的模具。值得注意如固溶处理硬度降得很低时，也可采用冷挤压成型法来制作复杂型腔的模具。国内牌号化学成分（质量分数）其它牌号时效热处理工艺时效后硬度，HRC 850士20C空冷，（硬度HRC30―32）机加工后时效（510士10C48h空冷）23）机加工后时效（500-540C：4-8h空冷一Cu―Al析出硬化钢，经电渣重熔后，钢质纯净，而且优异的镜面抛光性，良好的图案蚀刻性、冷热加工性及综合力学性能，具有时效处理的变形量极小（万分之5以下）是热塑性塑料透明件和各种高光亮度要求的塑料制品成型模的专用钢，如制造各种光学塑料镜片、外观质量要求极高的光洁、光亮和家用电器。该钢渗氮性能好，时效处理可与渗氮处理同时进行。另外，还有良好的焊补性。

  序金属间化合物NiAl而得到强化，其可以针对不同的使用要求采用不同的热处理方法9.举例如下：热后空冷或水冷（硬度48~50HRC）―680°C4~6h回火水冷或空冷（硬度22~23HRC）―加工成模一时效处理520~540C6~8h空冷（硬度39~42HRC，时效变形率一0.039%）―研磨打光或光刻花纹一装配使用。

  出优点是热处理变形小、固溶硬度低、切削加工性能好，时效后硬度43― 48HRC，研磨表面粗糙度低，综合力学性能好；另外，具有良好的渗氮、焊接性能适于制造高精度塑料模具。

  另外，常见的时效硬化钢还有超低碳高化学成分（质量分数）2.6耐蚀塑料模具用钢耐蚀塑料模具钢用于成形过程中释放出腐蚀气体的塑料模具，常用有：Crl3型马氏体耐蚀钢、9Crl8高碳高铬马氏体不锈钢、lCrl8Ni9Ti奥氏体不锈钢及0Crl7Ni4Cu4Nh（7―4PH）马氏体沉淀硬化不锈钢，（见表10）。当然其应用不限于制造塑料模具，请参阅有关的书或热处5膨上刊登的系列文章。

  2Cr13、4Crl3钢适用于制造一般抗腐蚀介质条件下的塑料模和透明塑料制品模。4Cr13钢比2Cr13钢有更高强度，可制造要求一定强度、较大截面的塑料模具但耐蚀性稍差。

  钢号代号化学成分（质量分数）其它9Crl8Mo钢淬火后具有高硬度、高耐磨性和耐腐蚀性能，适于制造承受高耐磨、高负荷以及在腐蚀介质作用下的塑料模具lCrl7Ni2钢对硝酸、大部分有机酸及其水溶液都有良好的耐腐蚀性能，适于制造含有这些腐蚀介质作用的塑料模具。

  lCrl8Ni9Ti钢具有良好的耐酸性介质腐蚀能力和良好的抗氧化性，适用于制造抗酸性腐蚀、抗氧化性的塑料制品模，但该钢的强度较低，不适于承受很大压力。

  表11部分国外耐蚀钢牌号体时效不锈钢可作为0Crl7Ni4Cu4Nh（l7―4PH）的代用钢适用于制作高耐磨的耐蚀塑料模如成型氟塑料、聚氯乙烯或添加阻燃剂的塑料树脂模。0Crl6Ni4Cu3Nh钢成分为C<0.后，经460~480°C时效，硬度达42~44HRC，该钢可进行物xx相沉积（PVD）进一步提高表面硬度，增加耐磨性。部分常见用于塑料模具钢的国外耐蚀钢牌号见表11.美国ASTM标准瑞典日本大同特钢（株）德国奥地利BoHLER公司韩国重工业（株）修正）2.7无磁塑料模具用钢态，具有非常低的导磁系数，适于制造无磁模具，生产磁性塑料制品。

  2.8非调质预硬塑料模具钢这类钢经轧（锻）后空冷或控制冷却，钢材直接达到所要求的硬度（一般为30~40HRC）省去预硬化热处理工序，大大有利于节约能源，降低成本，缩短生产周期。国内有FT易切削非调质微合金钢（硬度30 ~38HRC）宝钢股份生产的B20、B25、B30模块。此类钢还在进一步发展。

  3结束语随国民经济发展塑料模具需求量急剧增加急，同时对塑料模具用钢提出了特定性能要求。

  塑料模具一般结构形状复杂，造价高，使用中有一定的寿命指标，更要防止意外断裂损坏。为此，人们对塑料模具钢愈益重视。

  本文由国内外的现状出发，系统的对渗碳型、调质硬化型、淬硬型、时效硬化型、耐蚀性、无磁性和非调质预硬化等八种模具用钢及其正确应用作了叙述。国内虽还未建立独立的塑料模具专用钢体系，在众多的这些塑料模具钢中，如何按据塑料制品要求及塑料模具的特定性能，合理选择塑料模具用钢是极为重要的一项工作。

  人们应着重注意，选择塑料模具用钢，要根据塑料制品的材料、形状复杂程度、性能要求、精度等级、模具规格尺寸、加工性能、工作条件（环境）、寿命要求以及生产批量、钢材来源和成本等加以综合考虑。