第17章 模具钢材的选用和热处理

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随着塑料制品应用领域的扩大，人们对塑料模具的要求也越来越高。目前，塑料模具正 朝着高效率、高精度、长寿命方向发展。在注塑模具的设计制造中，应根据制品的塑料种 类、制品生产批虽、制品形状复杂程度、制尺尺寸大小及精度、模具制造周期和模具寿命等 因素综合考虑。模具钢材在加工过程中会有残余应力产生，合理地选择模具材料及热处理工 艺，对模具寿命、加工性有着重要影响，对提高模具质量、模具的性能、模具制造时间、成 本能起着决定作用，所以模具钢材的选用是十分重要的。

由于塑料模具的工作条件（加工对象）、制造方法、精度及对耐久性要求的多样性，塑 料模具材料系列的范围很广。

模具钢具有较高的强度、塑性和韧性等使用性能以及可热处理性，同时具有较好的可加 工性、冷成型性、热加工性、耐磨性、耐热性以及焊接性能等。因此，大多数塑料模具都用 钢来制造。

如何选用模具钢材和正确选用热处理工艺对于模具设计师来说是必须掌握的知识。

17.3塑料模具钢的分类及其性能、用途

塑料模具钢分类及性能简介如下。

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CD碳素结构钢

通用型塑料模具钢：生产批量较小，尺寸精度和表面粗糙度无特殊要求，采用碳素结构 钢，如15、20、40、45、50、55、SM50、SM钢，其中应用最广泛的是优质45碳素结 构钢。

(2) 碳素工具钢

加工性能好，价格便宜，但淬透性和热硬性差，热处理变形大，承载能力较低。热处理 后具有较高的表面硬度值和较好的耐磨性。韧性低，不适用于承受冲击载荷的工具。

如：钢号T8、T8A、T10、T10A、T12A、T8A、T10A可用作钳工锉刀材料。YCS3、 YK30钢材是高级油淬碳素工具钢，用作模具钢可改善通常碳素工具钢易碎裂的性质，而达 到延长工具的寿命。

(3) 合金结构钢

① 40Ci•钢。调质处理后具有较高的强度、良好的塑性和韧性以及髙的疲劳强度，该钢 适合于碳氮共渗，加工性能好，但焊接性较差，适用于中大型模具，其硬度优于45碳素结 构钢。

② P20 (3Cr2Mo)钢。属中碳低合金钢，是调质钢，其加工性能好，表面粗糙度值小， 具有较长的使用寿命，适用于复杂精密的大型塑料模具。

(4) 合金工具钢

在碳素工具钢的基础上，加人适量的铬、钨、锰、硅、钒等合金元素，制成了各种合金 工具钢，其具有淬透性高、淬火变形小、回火性能好、硬度髙等优点，适宜制造精度要求高、形状复杂、截面尺寸较大的模具，如012适用于冷冲模。

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合金工具钢有低、中、高之分。中、高合金工具钢适用于制作耐磨性好的塑料模具，用 以生产强化工程塑料制品。如4Cr5MoSiVl、Crl2MoV、Crl2MolVl等钢，变形小、淬透 性好，并经淬火、回火后使用。为了提高耐磨性，可进行表面处理。

(5) 渗碳型塑料模具钢

采用冷挤压反印法制造模具型腔，可以采用合金渗碳钢，冷挤压后需要进行渗碳，然后 进行淬火和低温回火。这种模具表面具有高的硬度和耐磨性，含碳量一般在0.1%〜1.2% 左右，而心部具有很好的韧性，而且模具互换性好。渗碳型塑料模具钢常见的牌号： 20Cr、 12CrNi2、12CrNi3、20CrMnTi、20Cr2Ni4等。渗碳型塑料模具钢具有良好的硬度和耐 磨性。

(6) 耐蚀型塑料模具钢

用于制造腐蚀性较强的塑料成型模具（如聚氯乙烯、氟化塑料、阻燃塑料），如低碳镍 铬型耐蚀钢lCrl7Ni2、中碳高铬型耐蚀钢（代表性钢种4013)、高碳高铬型耐蚀钢 9Crl8Moe国外各主要新钢种有B0HLER的M300、M310、M314等，美国的CRUCIBLE 公司的420MOD，瑞典的STAVAXV，欧洲的2083。

我国的耐蚀塑料模具钢，相对于其他类型的塑料模具钢，主要使用PCR、2013、 3Crl3、4Crl3、4Crl3Mo、PCrl8、PCrl8MoV,近些年来引进了 3Crl7Mo，开发了 5Crl7MoV,该钢具有良好的综合使用性能。

(7) 高镜面塑料模具钢

适用于生产对精度和表面粗糙度数值要求很低的塑料制品（型腔模具表面粗糙度数值要 求很低），如 PMS、3Cr2Mo、3Cr2NiMnMo、4Cr5MoSiVl、Crl2MolVl、25CrNi3MoAl 等；或马氏体时效钢，如18Ni ( 250 )、18Ni ( 300 )及低镍马氏体时效钢 06Ni6CrMoVTiAl 等。

PMS (10Ni3CuAlVS)镜面塑料模具钢，适用于生产透明制品，通常选用粗糙度值小、 光亮度高、变形小、精度高的做塑料镜片的模具。

(8) 预硬化、易切削塑料模具钢（钢号后写有“H”代表预硬钢）

一般在30〜40 (38〜42) HRC,不需再热处理可直接加工动、定摸，热处理到28〜 40HRC,在预淬硬的条件下供货，用户可直接加工使用，如P20 (3Cr2Mo)，B0HLER的 M200, TEW 的 1.2311、1.2312、1.2344,瑞典的718 (3Cr2MnNiMo)、618H、718H， 蒂森的 GS738、GS312、SNiCaS、2738H,日本的 FDS5、NAK80、SKD61,美国的 H13等。

国外开发的易切削塑料模具钢主要是S系，如日立金属的HPM2和大同特殊钢的roS5 等。我国研制了一些含硫易切削预硬化塑料模具钢，如5NiSCa、8Cr2MnWMoVS、 P20BSCa 等。

(9) 无磁塑料模具钢

压制磁性塑料的模具，如18-8不锈钢，其型腔经氮化处理后使用，或采用Mnl3型耐 磨奥氏体钢，如无磁塑料模具钢7Mnl5Cr2A13V2WM0等。

(10) 非调质型预硬塑料模具钢

硬度一般为30〜40HRC,国内有25CrMnVTiSCaRE (代号 FT)、2Cr2MnMoVS 和 2Mn2CrVCaSe

(11) 时效硬化塑料模具钢

是常用的钢材，在热处理时，通过时效处理，使模具硬度升到40HRC以上。时效处理变形小，可以在加工后进行时效处理，如大同特殊钢公司的NAK55、NAK80, BOHLER 的M261,日立金属的HPM1、HPM50等。这类钢成本高，目前国内外普遍应用较多的就 是 10Ni3MnCuAl 钢。

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(12) 整体淬火高硬度塑料模具钢

如 Crl2、Crl2MoV、SKD11、SKD12、SKD61,日立金属的 HPM31、FDAC,高周波 的KD21和大同特殊钢的PD613、DH2F等钢种。

(13) 高可焊性塑料模具钢

是国外开发的一些专用钢种，焊前可不预热，焊后可不后热，代表是日本大同特殊钢公 司开发的PXZ和PX5钢。

(14) 铍靑铜PCR、AMPCO940。