~讀書(shū)園地~塑料模具用鋼的種類(lèi)和選擇薄鑫濤（寶鋼集團(tuán)上海五鋼有限公司鍛造廠(chǎng)）本文簡(jiǎn)述塑料成型模用鋼的性能要求和滲碳型、調(diào)質(zhì)硬化型、泮硬型、耐蝕型等各類(lèi)塑料模具用鋼的材料及選擇，另外，也列出一些常見(jiàn)的進(jìn)口塑料模鋼牌號(hào)。

  隨著塑料工業(yè)發(fā)展的突飛猛進(jìn)，塑料模等向性好。具的需求量急劇增加。據(jù)報(bào)導(dǎo)，不少工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家塑料模具的產(chǎn)值已躍居于模具制造業(yè)的sw。為了適應(yīng)塑料制品的尺寸日趨大型化、形狀的復(fù)雜化和表面裝飾的美觀化，塑料模具正朝著大型化、復(fù)雜化、精密化和多腔化方向發(fā)展。

  1.塑料模具鋼的性能要求塑料制品的成型有注射（注塑）、壓縮（壓塑）、擠壓、壓注和吹塑等多種方法，其配備的塑料模零部件分兩大類(lèi)。一類(lèi)為結(jié)構(gòu)件，包括澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向件、定模板、頂出機(jī)構(gòu)件、支承件等，選用材料一般為中、低碳的碳素結(jié)構(gòu)鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼和碳素工具鋼等其中部分零部件市場(chǎng)上有標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品供應(yīng)；另一類(lèi)為成型件，包括型腔、型芯、嵌鑲件等，是直接成型塑料制品的關(guān)鍵部件。成型件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、要求尺寸精硫接縫密合和表面光滑，使用材料所要求的強(qiáng)度和韌度雖不如冷作模和熱作模的那樣高，但必須具備如下的特定性能要求。

  表1滲碳型塑料模具用鋼鋼號(hào)代號(hào)化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）標(biāo)準(zhǔn)號(hào)其它注1：標(biāo)準(zhǔn)號(hào)GyT 699―1999中所列鋼號(hào)、ISC代號(hào)為優(yōu)質(zhì)鋼。

  如是高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，在鋼號(hào)后面加“A”，ISC代號(hào){zh1}一位數(shù)字改為“3”；如是特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，在鋼號(hào)后面加“E”，ISC代號(hào){zh1}！位數(shù)字改為“6'差別在于P和S的含量，上述三類(lèi)鋼分別以>0.035%，3077―1999中所列鋼號(hào)、ISC代號(hào)指優(yōu)質(zhì)鋼u高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（帶”A“鋼）尾部數(shù)字為”3“，特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（帶”E“鋼）尾部數(shù)字為”6'鋼號(hào)S、P及殘余（：1（：1-、：冷擠空冷）冷擠壓成型后進(jìn)行滲碳淬火和低溫回火處理。表面硬度可提高至58~62HRC，具有高的耐磨性；同時(shí)心部硬度為28HRC左右，有良好的強(qiáng)韌性。

  2.2非合金型塑料模具專(zhuān)用鋼非合金型塑料模具專(zhuān)用鋼YB/T 107―1997列出SM45、SM48、SM50、SM53、SM55，成分見(jiàn)表2.這類(lèi)鋼與優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，鋼中的實(shí)際S、P含量低，鋼材的純凈度好，且碳含量的波動(dòng)范圍窄，力學(xué)性能更穩(wěn)定。這類(lèi)鋼適宜于制造形狀簡(jiǎn)單的小型塑料模具或精度要求不高、使用壽命不需要很長(zhǎng)的塑料模具。表2非合金型塑料模具專(zhuān)用鋼（YB/T107―1997）鋼號(hào)化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）不大于常見(jiàn)的45鋼價(jià)格低廉、來(lái)源方便目前用作塑料模具仍較為廣泛，但其淬透性差。制造較大尺寸模具時(shí)，一般用熱軋、熱鍛的退火態(tài)或正火態(tài)，由于硬度低，耐磨性差，故壽命較低；可以采用調(diào)質(zhì)處理獲得一定的硬度及強(qiáng)韌性來(lái)制造屬于中、低檔次的中、小型模具。

  2.3調(diào)質(zhì)硬化型塑料模具用鋼調(diào)質(zhì)硬化型塑料模具用鋼大體有三類(lèi)。

  2.3.1中碳合金結(jié)構(gòu)鋼典型用作塑料模具鋼的有40Cr、42CrMo和38CrMoAl鋼等，相應(yīng)的ISC代號(hào)為A20402、A30422和A33382代號(hào)尾數(shù)也可為3和6，所指含義和成分上差別可見(jiàn)表1注2.其多半以調(diào)質(zhì)狀態(tài)使用。由于這三種鋼種為人所熟知，成分不另列出，相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)可查GB/T3077― 40Cr鋼調(diào)質(zhì)后有良好的綜合力學(xué)性能，比相應(yīng)的碳鋼強(qiáng)度高20%左右，且有良好的低溫沖擊韌度和低的缺口敏感性，適于制作中型塑料模具。另外，40Cr鋼還可結(jié)合碳氮共滲工藝處理，進(jìn)一步提高耐磨性和抗蝕性。

  強(qiáng)韌性，且有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力，低溫沖擊韌性良好。適于制造要求一定強(qiáng)度和韌性的大、中型塑料模具。

  氮處理，表面硬度高（大于850HV）并具有一定的抗蝕性。適用于聚氯乙烯、聚碳酸酯有腐蝕性氣體及耐磨的注射模等。

  2.3.2預(yù)硬化型塑料模具專(zhuān)用鋼國(guó)內(nèi)、外廣泛采用的預(yù)硬化型塑料模具目前，國(guó)內(nèi)許多冶金廠(chǎng)和少數(shù)機(jī)械廠(chǎng)均能提供該類(lèi)鋼的各種規(guī)格尺寸并經(jīng)預(yù)硬處理的模塊、扁鋼或圓棒（硬度28~40HRC）。用戶(hù)購(gòu)置后可以直接加工成型使用，避免加工后再熱處理造成的變形、開(kāi)裂、脫碳等缺陷，從而大大提高制模的精度，并縮短制模周期。

  如需進(jìn)一步提高模面硬度，可施行火焰淬火或滲氮處理等。

  SM3Cr2Mo鋼可用于多種塑料的注塑、壓縮和吹塑成形的模具，供貨硬度一般為28 ~36HRC，機(jī)加工及拋光性好，適于制造大、中型和精密的塑料模具（一般模具厚度<鋼，加入Ni后進(jìn)一步提高鋼的淬透性、強(qiáng)韌性和抗腐蝕性。預(yù)硬化后大模塊的整個(gè)截面硬度更為均勻，適于制造特大型、大型塑料模具（模具厚度可大于400mm）和精密塑料模具。

  國(guó)內(nèi)、外部分企業(yè)生產(chǎn)3Cr2Mo、3Cr2MnNiMo鋼的對(duì)應(yīng)牌號(hào)也列于表3.表3預(yù)硬型塑料模具專(zhuān)用鋼（GB/T1299―2000）及國(guó)內(nèi)外廠(chǎng)商牌號(hào)代號(hào)化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）鋼號(hào)不大于鋼號(hào)上海五鋼公司撫順特鋼公司廣重鑄鍛公司美瑞典德國(guó)奧地利日本韓國(guó)大同特鋼（株）重工業(yè)（株）3.3易切削預(yù)硬型塑料模具用鋼塑料模具成型的切削加工量大，其切削加工性能顯得十分重要，特別預(yù)硬化后，用戶(hù)對(duì)之更為關(guān)注。供貨單位往往加入易切削元素及變質(zhì)劑，如S、Ca、Re等來(lái)改善鋼的切削性能?，F(xiàn)已表明：?jiǎn)我籗系鋼，雖在低、中速切削條件下具有良好的切削性能，但由于MnS在熱變形時(shí)會(huì)沿變形方向伸長(zhǎng)，增加鋼的各向異性、顯著降低鋼的橫向塑、韌性；而表4國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的易切削預(yù)硬化塑料模具鋼及處理工藝米用S―Ca復(fù)合系和噴射冶金技術(shù)，大大改善MnS的形態(tài)和分布，從而改善鋼的等向性能。國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的易切削預(yù)硬型塑料模具鋼較多，典型的牌號(hào)有5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）鋼，其化學(xué)成分和預(yù)硬化工藝見(jiàn)表4.這類(lèi)鋼與常見(jiàn)的預(yù)硬型塑料模具鋼相比，其含碳量相應(yīng)提高，并加入一定量易切削元素S或S―Ca預(yù)硬化后硬度雖高達(dá)35~45HRC，但仍能直接切削加工制模，且有高的耐磨性。在較好的硫化物形態(tài)與分布時(shí)，并不會(huì)影響鋼的鏡面拋光性。往往用于制造大、中型塑料模。

  化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）牌號(hào)簡(jiǎn)稱(chēng)其它預(yù)硬化處理工藝處理后硬度（HRC）Ca復(fù)合易切削元素和噴射冶金技術(shù)，改善了硫化物的形態(tài)、分布和鋼的各向異性。該鋼有較高的淬透性、高韌度，預(yù)硬態(tài)（42HRC）仍具有好的切削加工性，而且具有良好的拋光性和焊補(bǔ)性。適用于型腔復(fù)雜的塑料注射模、壓縮?；蜃冃我髽O小的大型塑料成型模，也可用來(lái)制造透明塑料模。另外，該鋼可以滲氮或鍍Cr、Ni進(jìn)一步提高表面硬度和抗蝕性。

  糙度和高淬透性，可用于大型鏡面塑料?；蚓芩芰夏！＃╀撚捎陬A(yù)硬態(tài)硬度高（40~42HRC），耐磨性好，更適于制造硬質(zhì)塑料模具，不足之處抗腐蝕性稍差。

  切削鋼國(guó)內(nèi)外鋼種牌號(hào)為P20SReP20BSCa（中國(guó)華中）德國(guó)Thyssen公司為GS2312（1.2312）奧地利Bbhler公司為M202. 2.4泮硬型塑料模具用鋼常用的淬硬型塑料模具鋼有碳素工具鋼~T12）（表5）低合金冷作模具鋼（9SiCr、鋼）和基體鋼（表7）。該類(lèi)鋼成型后再熱處理（淬回火）、硬度通常高于45― 50HRC尤其適用于受力大，易磨損、并受到周期性脫模沖擊和碰撞的熱固性塑料成型模。

  表5用作塑料模具鋼的碳素工具鋼（GB/Tl298―l986）鋼號(hào)代號(hào)化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）表6用作塑料模具鋼的合金工具鋼（GB/Tl299-2000）75080-1.2000300030表7塑料模具用部分基體鋼牌號(hào)代號(hào)化碳素工具鋼僅適于制造耐磨性較高，但尺寸不大，受力較小、形狀簡(jiǎn)單以及變形要求不高的塑料模。利用其淬透性低的特點(diǎn)來(lái)制造要求表面耐磨而心部有一定韌性的凹模是十分有利的。

  低合金冷作模具鋼主要用于制造尺寸較大、形狀較復(fù)雜和精度較高、生產(chǎn)批量大、耐磨性好的塑料模。

  Crl2型鋼適于制造要求高耐磨性（含有固態(tài)粉末或玻璃纖維）的大型、復(fù)雜、高壽命熱作模具鋼適于制造有較高強(qiáng)韌性、使用溫度較高和一定耐磨性的塑料模。

  對(duì)于大型、精密、形狀復(fù)雜的型腔及嵌件，要求熱處理后具有優(yōu)良耐磨性的模具可考慮選用基體鋼。

  6CrNiSiMnMo（GD）鋼是推廣應(yīng)用的一種淬硬型塑料模具鋼，其強(qiáng)韌性好、淬透性和耐磨性高、淬火變形小、成本低，可以取代Crl2MoV或基體鋼制造大型、高耐磨、高精私陽(yáng)2.5時(shí)效硬化型塑料模具用鋼時(shí)效硬化型塑料模具鋼含碳量較低，并含有Ni、Al、Ti、Cu、M等合金元素，往往先經(jīng)固溶處理（有可逆時(shí)效性能的鋼種可補(bǔ)加高溫回火）在低硬度下加工，成型后進(jìn)行時(shí)效處理，硬度提高至45~50HRC.適于制造表8國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的時(shí)效硬化型塑料模具鋼及熱處理工藝形狀復(fù)雜、高精度及透明塑料的模具。值得注意如固溶處理硬度降得很低時(shí)，也可采用冷擠壓成型法來(lái)制作復(fù)雜型腔的模具。國(guó)內(nèi)牌號(hào)化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）其它牌號(hào)時(shí)效熱處理工藝時(shí)效后硬度，HRC 850士20C空冷，（硬度HRC30―32）機(jī)加工后時(shí)效（510士10C48h空冷）23）機(jī)加工后時(shí)效（500-540C：4-8h空冷一Cu―Al析出硬化鋼，經(jīng)電渣重熔后，鋼質(zhì)純凈，而且優(yōu)異的鏡面拋光性，良好的圖案蝕刻性、冷熱加工性及綜合力學(xué)性能，具有時(shí)效處理的變形量極?。ㄈf(wàn)分之5以下）是熱塑性塑料透明件和各種高光亮度要求的塑料制品成型模的專(zhuān)用鋼，如制造各種光學(xué)塑料鏡片、外觀質(zhì)量要求極高的光潔、光亮和家用電器。該鋼滲氮性能好，時(shí)效處理可與滲氮處理同時(shí)進(jìn)行。另外，還有良好的焊補(bǔ)性。

  序金屬間化合物NiAl而得到強(qiáng)化，其可以針對(duì)不同的使用要求采用不同的熱處理方法9.舉例如下：熱后空冷或水冷（硬度48~50HRC）―680°C4~6h回火水冷或空冷（硬度22~23HRC）―加工成模一時(shí)效處理520~540C6~8h空冷（硬度39~42HRC，時(shí)效變形率一0.039%）―研磨打光或光刻花紋一裝配使用。

  出優(yōu)點(diǎn)是熱處理變形小、固溶硬度低、切削加工性能好，時(shí)效后硬度43― 48HRC，研磨表面粗糙度低，綜合力學(xué)性能好；另外，具有良好的滲氮、焊接性能適于制造高精度塑料模具。

  另外，常見(jiàn)的時(shí)效硬化鋼還有超低碳高化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）2.6耐蝕塑料模具用鋼耐蝕塑料模具鋼用于成形過(guò)程中釋放出腐蝕氣體的塑料模具，常用有：Crl3型馬氏體耐蝕鋼、9Crl8高碳高鉻馬氏體不銹鋼、lCrl8Ni9Ti奧氏體不銹鋼及0Crl7Ni4Cu4Nh（7―4PH）馬氏體沉淀硬化不銹鋼，（見(jiàn)表10）。當(dāng)然其應(yīng)用不限于制造塑料模具，請(qǐng)參閱有關(guān)的書(shū)或熱處5膨上刊登的系列文章。

  2Cr13、4Crl3鋼適用于制造一般抗腐蝕介質(zhì)條件下的塑料模和透明塑料制品模。4Cr13鋼比2Cr13鋼有更高強(qiáng)度，可制造要求一定強(qiáng)度、較大截面的塑料模具但耐蝕性稍差。

  鋼號(hào)代號(hào)化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）其它9Crl8Mo鋼淬火后具有高硬度、高耐磨性和耐腐蝕性能，適于制造承受高耐磨、高負(fù)荷以及在腐蝕介質(zhì)作用下的塑料模具lCrl7Ni2鋼對(duì)硝酸、大部分有機(jī)酸及其水溶液都有良好的耐腐蝕性能，適于制造含有這些腐蝕介質(zhì)作用的塑料模具。

  lCrl8Ni9Ti鋼具有良好的耐酸性介質(zhì)腐蝕能力和良好的抗氧化性，適用于制造抗酸性腐蝕、抗氧化性的塑料制品模，但該鋼的強(qiáng)度較低，不適于承受很大壓力。

  表11部分國(guó)外耐蝕鋼牌號(hào)體時(shí)效不銹鋼可作為0Crl7Ni4Cu4Nh（l7―4PH）的代用鋼適用于制作高耐磨的耐蝕塑料模如成型氟塑料、聚氯乙烯或添加阻燃劑的塑料樹(shù)脂模。0Crl6Ni4Cu3Nh鋼成分為C<0.后，經(jīng)460~480°C時(shí)效，硬度達(dá)42~44HRC，該鋼可進(jìn)行物lq相沉積（PVD）進(jìn)一步提高表面硬度，增加耐磨性。部分常見(jiàn)用于塑料模具鋼的國(guó)外耐蝕鋼牌號(hào)見(jiàn)表11.美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)瑞典日本大同特鋼（株）德國(guó)奧地利BoHLER公司韓國(guó)重工業(yè)（株）修正）2.7無(wú)磁塑料模具用鋼態(tài)，具有非常低的導(dǎo)磁系數(shù)，適于制造無(wú)磁模具，生產(chǎn)磁性塑料制品。

  2.8非調(diào)質(zhì)預(yù)硬塑料模具鋼這類(lèi)鋼經(jīng)軋（鍛）后空冷或控制冷卻，鋼材直接達(dá)到所要求的硬度（一般為30~40HRC）省去預(yù)硬化熱處理工序，大大有利于節(jié)約能源，降低成本，縮短生產(chǎn)周期。國(guó)內(nèi)有FT易切削非調(diào)質(zhì)微合金鋼（硬度30 ~38HRC）寶鋼股份生產(chǎn)的B20、B25、B30模塊。此類(lèi)鋼還在進(jìn)一步發(fā)展。

  3結(jié)束語(yǔ)隨國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展塑料模具需求量急劇增加急，同時(shí)對(duì)塑料模具用鋼提出了特定性能要求。

  塑料模具一般結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，造價(jià)高，使用中有一定的壽命指標(biāo)，更要防止意外斷裂損壞。為此，人們對(duì)塑料模具鋼愈益重視。

  本文由國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀出發(fā)，系統(tǒng)的對(duì)滲碳型、調(diào)質(zhì)硬化型、淬硬型、時(shí)效硬化型、耐蝕性、無(wú)磁性和非調(diào)質(zhì)預(yù)硬化等八種模具用鋼及其正確應(yīng)用作了敘述。國(guó)內(nèi)雖還未建立獨(dú)立的塑料模具專(zhuān)用鋼體系，在眾多的這些塑料模具鋼中，如何按據(jù)塑料制品要求及塑料模具的特定性能，合理選擇塑料模具用鋼是極為重要的一項(xiàng)工作。

  人們應(yīng)著重注意，選擇塑料模具用鋼，要根據(jù)塑料制品的材料、形狀復(fù)雜程度、性能要求、精度等級(jí)、模具規(guī)格尺寸、加工性能、工作條件（環(huán)境）、壽命要求以及生產(chǎn)批量、鋼材來(lái)源和成本等加以綜合考慮。