《塑料工业》第32卷第10期2004年10月号《中国塑料工业》ⅡCS

INDUSTRY塑料模具钢的性能及选用 宋武，倪亚辉（成都电子机械学院）

成都科技学院，四川成都 610000) 摘要：简述塑料模具钢的性能要求。列举渗碳处理工艺。

常用及最新模具钢品种，包括调质型、预硬型、时效型、耐腐蚀型、主要牌号、

性能与用途。简要介绍国内模具钢的生产品种及质量现状。关键词：塑料模具钢；性能

能源；用途 中图分类号：TQ320.66+1 文献标识码：A 文章编号：10

05-5770(2004)lo-0037-03物业及服务

塑料模具钢的选择

ＮＧＭing，ＮｉＹａ—huui（ChengdduHG Ｐe her hoool 血唱 Schch

电机学系，Cheneeuuu6100

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塑料模具钢

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常见的rcortyyaildplication

最新渗碳、淬火、预热

定义，老化，抗腐蚀

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生产的模具钢的质量

首页介绍。关键词：模具

近年来塑料制品行业发展十分迅速。

速度，在塑料成型过程中，材料容易磨损和腐蚀模具表面，有时模具

质量对于保证产品质量的作用是不言而喻的。

塑料成型模具结构复杂，尺寸精度要求高，其特点是：1）表面磨损：

由于塑料中含有增强树脂填料，模具加工比较困难，且价格也比较昂贵。

模具型腔表面受到冲蚀、磨损和腐蚀，影响材料和模具的质量。

使用寿命意义重大。模具型腔表面粗糙度值增大，尺寸超差。2）变形：国产

外部数据显示，模具钢的性能水平和材料的质量会造成模具局部塑性变形，从而导致表面

凹痕、皱褶的产生以及热处理工艺的选择是影响模具寿命的主要因素；

3)断裂：塑料工业的发展给塑料模具带来了很大的压力。

高精度、多功能、复合化的发展要求导致了断裂现象的出现。

材料性能1.2模具的制造和使用要求也提出了越来越高的要求。

塑料模具对材料的强度和韧性要求比冷作模具低，模具钢的正确选用是

在模具设计和热作模具中合理安排热处理，要根据其失效形式和工作要求，制定其基本

其性能要求可归纳为以下几点：1）保证足够的耐磨性：由于模具材料的表面磨损

材料钢的特性应有以下要求：损坏是模具的主要失效形式之一，因此模具应具有足够的塑性

模具的零件分为两大类：一类是结构件，硬度达到100，保证模具的耐磨性，模具的

刀具的使用寿命。一般情况下，需要选择合适的

另一类是成型件：包括型腔、型芯、镶嵌件

但当硬度达到一定值时，可根据机器调整第一种零件的硬度

对提高机械零件强度和组织效果不明显。2）减少热处理变形的影响：

设计、材料一般采用中、低碳结构钢、合金钢及碳素注射成型件，形状往往比较复杂，

塑料模具淬火后钢化难度大，但因成型件结构复杂，对工件尺寸精度有较高要求。

为了提高硬度，必须进行高、低表面粗糙度、良好的接头结合力，

模具材料的热处理。应采取适当措施减少热处理变形对力学性能和耐磨性的影响。

对于必须进行热处理后加工的模具，应选择

1.1模具的主要失效模式是利用热加工变形较小的材料。3）具有优良的切削性能：

由于模具的工作温度高、压力大，一些塑料模具的切削成本往往

占多数（一般作者简介：宋明，男，1964年出生，主要研究方向为：模具设计

设计制造、机械设计制造。万方数据塑料工业（去年增幅约75%），以延长

保证了刀具的使用寿命，确保了5crNiMo、5crMnMo等热作模具的加工。

工具钢，在塑料表面质量方面，要求模具材料具有良好的切削加工性，主要应用于材料模具

使用温度高、耐磨性要求高的模具均为预硬化材料，淬火后要求有良好的加工性能。４）

还有工具，比如热固性塑料模具，一般也是经过淬火、回火处理，回火温度高有较好的抛光、蚀刻性能：

为了获得高质量的塑料制品，温度为580℃，硬度为HRc34~50。

型腔表面必须经过抛光，以降低表面粗糙度。2.3预硬化塑料模具的特殊刚度值。

确保模具具有良好的电加工性和镜面抛光性。预硬模块和扁钢可直接使用。

对于添加剂和图案蚀刻，模具钢应具有高纯度，以避免加工后重新加热。

处理后产生的各种缺陷，使织物质地细腻、均匀、致密，无纤维方向性。5）良好

提高了模具制造精度，缩短了生产周期，塑料导热性好，热膨胀系数小。

150～250℃温控模具钢的主流品种按硬度不同可分为通用型和易切削型。

6）耐腐蚀性能好，有非调质型。注塑PVC

或添加阻燃剂等添加剂的塑料制品，1）一般预硬塑料模具钢：主要为P2

0（美国分解出腐蚀性气体，对模具表面有一定的化学作用）、P2

0+Ni（美国AS、IM）/718（瑞典ASSAAB），学腐蚀，做这个

使用此类模具时，应选择具有一定耐腐蚀性能的模具，我国相应牌号为SM3cr2Mo、SM3cr

2NiMo及耐腐蚀高钢。P4410、3Cr2NiMo等。

NiMnMovCa，具有高耐磨性、超高抛光性和花纹

耐蚀刻，用于超大、复杂模具的长期使用根据所用模具钢的化学成分，热处理意味着无寿命

模具可分为：渗碳钢、调质钢、预硬钢、高碳2）易切削预硬塑料

模具钢：塑料模具钢、耐腐蚀钢、时效硬化钢。当形状复杂，预硬硬度较高时，

通过添加易于切削的2.1渗碳钢切削元素，改善了预硬模具钢的切削性能。

所用渗碳钢退火后硬度较低，塑性好，故可在S-Ca系、S-Ca系、

系列、Re-S系列、R-Ca-S系列。增加了冷挤压成型，提高了工效，降低了成本。

挤压成S后，对塑料模具钢主要影响有：S会降低型腔，退火后硬度

硬度小于100HBs，挤压浅腔时，抛光性能较低，需提高预硬硬度才能保证抛光

要求含HBS小于160，挤压成型后，渗碳，淬火，回火S钢防腐

性能稍差，注意抛光后及时镀铬或渗铬，表面硬度53-62HRc。

表面耐磨性高，氮化处理。芯部韧性要求好。主要牌号有：P20SRe、P2

０ＢＳＲｅ，５ＮｉＳＣａ，ＳＭｌ ０８ｃＩ－４ＮｉＭov（ＬＪ）是国产

冷挤压成型专用(Y55CrNiMnMoVS)及8Cr2S(8Cr2Mn

WMoVS）钢，成形性能优良，渗碳层深，热处理变形小，P20Bsc。

a(40crMnvBSca)是我国自行开发的一种新型模具钢，具有耐磨性好等优点。

最佳温度为850℃，此温度对钢的综合力学性能及材料的各向同性较好，且预硬后可回火

温度可根据模具的工作条件选择，在较高硬度下具有良好的切削、抛光性能，特别是

2.2调质模具钢具有优良的淬透性，适合制造有效厚度可达600的大型工艺钢

要求是在模具加工完成后进行调质处理和超大型塑料模具加工，使模具达到

综合力学性能好。一种是45，3）非调质钢和贝氏体钢：它们的共同特点是锻造，

55等优质碳素钢，适用于形状简单或精度要求不高的场合，轧制后可达到预硬化效果，节省

可省去调质工序，减少骨科工模具寿命短，可选用SM45、SM55等塑料

同时由于其为空冷自硬性，淬硬性好，适用于模具专用钢（YB/T 0

９４—１９９７、ＹＢ／Ｔ １０７～１９９７、 强度和韧性、抗疲劳、耐磨性。

能较好地满足大型塑料的要求（YB/R129~1997），该钢具有较好的纯净度和力学性能

另一类是合金钢，可以

淬火、回火后碳氮共渗已逐渐得到应用，以进一步提高耐磨性和耐腐蚀性。

０Cr具有良好的非调质钢，即非调质微合金钢。我国现有的钢种主要有低温冲击韧性和

缺口敏感性低，适合制作中型模具。

硬度30~35HRCC，与42crMo同属于高强度钢，且具有较高的疲劳

金相组织细密，耐磨性、抛光性良好，低温冲击韧性好，适用于有一定强度要求的制造。

2.4 高强度、高韧性的时效硬化钢，适用于大中型塑料模具。38crMoAl是典型的渗碳钢。

碳钢，其加工工序是先进行固溶处理，此时硬度不高，然后进行氮化处理，表面硬度

硬度高（大于850Ｈv）且易加工，成型后经时效处理，硬度提高到45-

50具有一定的耐腐蚀性能。适用于PVC、PC等塑料模具。HRc由于老化温度低，

变形很小，时效钢可分为高等级万方数据第32卷第10期宋明等：塑料模具

镍马氏体时效钢和低镍时效钢的钢种性能及选用。9Cr18、9cr18Mo钢

淬火后具有高硬度、高耐磨、高镍时效钢。主要牌号有18N（250）、（30

0)、耐腐蚀，用于高负荷下耐腐蚀的塑料模具。（350）等系列，

PRc因镍含量高，价格昂贵，使用率低，是一种耐磨性、焊接性良好的时效模具钢。

我国开发的几种低镍时效钢有：10Ni3MncuAl，接近奥氏体不锈钢。

经过有效处理，只有轻微的变形，（代号PMS），25crNi3MoAl，Y20c

rNi3AlMnMo（代号）具有良好的抛光性能，抛光后可获得PVD表面处理。

sM2)、06Ni6CrMovTiAl(简称06Ni)。必须大于1 600 H

NAK80是日本生产的一种超镜面耐腐蚀塑料。

该材料模具为高精度、高耐腐蚀性的塑料模具，由于钢材具有耐腐蚀性，所以硬化凝固。

它是固溶强化的，从表面到中心硬度均匀，明显优于17-4PH，因此得到了广泛的应用。

极佳的镜面抛光，极佳的EDM性能，预硬化37-2.6无磁塑料模具钢43H

RC工厂；非常适合有镜子要求的相机和收音机。生产铁氧体硬磁塑料零件时，需要

使用非磁性模具机、音响设备、透明罩和薄膜。常用材料有5

cr21,2.5耐腐蚀塑料模具钢70Mnl5CR2A13V2WMo.70

Ｍｎｌ５ＣＲ２Ａ１３Ｖ２ＷＭo 某些塑料（如聚氯乙烯、氟塑料、阻燃剂等）经加工后

ABS在熔融状态下经过退火、固溶处理、时效处理等处理可改善其切削加工性能。

分解为氯化氢、氟化氢和二硫化氢等气体。

体；对模具型腔有一定的腐蚀作用，因此模具3模具钢材的选择和成型件的热处理应选择

耐腐蚀模具钢。主要是Cr13不锈钢塑料模具生产成本，加工和抛光占

钢，Cr 18 高铬不锈钢，17-4PH (Ocrl7Ni4cu4) 7

０％．８０％，因此，在选择模具材料时，必须保证模具马氏体沉淀不锈钢、PRc

马氏体时效不锈钢有四种类型，在满足使用性能要求的同时，其加工性能也是尽可能的高。

Cr13、4Cr13适用于制造一般防腐介质条件，选用方法可分为以下四类：

试验的塑料模具通常采用4Cr13。也可选用35Cr13MoNiV。

根据塑料制品种类及质量要求，选定为高精度耐腐蚀镜面模具钢，可替代瑞典

表1列出了塑料件模具钢的选择。按照前面的136H计算，价格是1

/3.表面模具材料的特性。常用的塑料件可按表1选择。表1塑料件模具钢的特性

选择表 1 模具钢的选择

3.2 根据塑料件生产批次选择 3.4 根据

复杂程度由其他因素决定，生产批量越小，越要考虑模具。

加工工艺中，尽量选择易切削的耐磨性和使用寿命要求尽可能低的刀具；因此，可以选择性能优良的指切削刀具，

热处理变形小，耐磨性好的材料。材料标准要求不高。批量较小时，可选用调质合金钢。

或碳 4 钢；对于中等批量（300,000 至 1,000,000 件），可以使用 P20，尽管

我国模具总产量已居世界第三位，但国产模具钢5NiSCa、SM2等在大批量生产时，

5NisCa、PMS等，由于冶炼工艺、热处理设备等差异，总体质量等级为3.3

根据塑件尺寸及精度要求，很难与国外模具钢竞争。

对于大型高精度注塑模具，当塑件生产批量较大时，模具钢材并不多，而国产模具钢材尤其

主要钢企有长城特钢、富士钢等，均采用预硬钢来防止热处理时变形。

2004年塑料行业五厂、大冶特钢等8家企业的产品质量比较稳定。

在高端模具生产中，国产模具材料主要以大模块、方扁型材为主。

模具钢材质量稳定，近年来随着模具行业的发展，国内一些厂家也

不能很好满足生产要求。

但总（本文于2004年6月24日收到）2005年全国工程塑料树脂

中国工程塑料工业协会树脂改性及合金专委会改性及合金技术交流年会圆满结束

2005 年

2004年“全国工程塑料树脂改性及合金技术交流会暨新材料及项目推介会”召开。

该大会于2018年9月15日在深圳成功召开。

在深圳市塑料行业协会的大力支持下，来自全国各地近90家单位及外资企业

全厂厂长、经理、教授、科技人员、企业管理者、销售人员100余人参加了此次

会议聚焦行业热点话题，突出“通用塑料工程化、高性能工程塑料

本次大会的主题是“高性能工程塑料的应用”，大会首先由深圳市科技信息局副局长陆建致辞。

深圳市塑料产业集团介绍了深圳产业结构、科技环境、人才引进、发展方向等。