塑料制品在工业和日常生活中得到广泛应用。塑料模具向精密、大型化发展，对塑料模具钢的性能要求越来越高。塑料模具钢的性能应根据塑料种类、制品用途、成型方法和生产批量大小等因素确定。一般要求塑料模具钢具有良好的综合性能。模具材料的强度、韧性要求不如冷作、热作模具高，但对材料的加工性能要求较高，如热处理工艺简单，变形小或无变形，预硬状态下有良好的切削性能，有优良的镜面抛光性能和花纹蚀刻性能等。

塑料模具钢所要求的基本性能如下：

1）综合力学性能：成型模具在工作过程中要经受不同温度、压力、侵蚀和磨损的作用。因此要求模具材料组织均匀，无网状或带状碳化物，热处理过程中氧化、脱碳和畸变倾向小。热处理后应具有一定的强度。为保证足够的耐磨性，许多塑料模具在淬火、回火后还要进行渗氮或镀铬等表面强化处理。

2）切削性能对于大型、复杂、精密的注塑模具，通常先预硬化至28~35HRC，再经切削、磨削至要求的尺寸和精度后方可使用，从而消除热处理变形、氧化、脱碳等缺陷。因此，常添加易切削元素S、Co及稀土等来改善预硬化切削性能。

3）镜面加工性能光盘、塑料镜片等塑料制品的表面粗糙度要求很高，这主要靠模具型腔的粗糙度来保证，一般模具型腔的粗糙度比塑料制品高一个级别。模具钢的镜面加工性能与钢的纯净度、组织、硬度及镜面加工工艺有关。硬度高、组织细小均匀、非金属夹杂物少均有利于提高镜面抛光性。对镜面抛光要求高的塑料模具钢常采用真空熔炼、真空脱气工艺。

4）花纹蚀刻性能：有些塑料制品要求表面花纹清晰饱满，皮革行业中较大的皮纹压花板，要求模具钢具有良好的花纹光刻性能。花纹光刻性能对材料的要求与镜面抛光性能类似，要求钢材纯度高、组织致密、硬度高。

5）耐腐蚀性：含氯、氟的树脂以及ABS树脂中添加阻燃剂时，在成型过程中都会释放出腐蚀性气体。因此，这类塑料模具应采用耐腐蚀的塑料模具钢，或镀铬，或镍磷非晶态涂层。

此外，还要求塑料模具钢具有良好的预硬性能、高的冷压性能和补焊性能。

塑料模具钢按化学成分和性能可分为渗碳型、预硬化型、耐腐蚀型、时效硬化型、冷挤压型等，下面分别叙述它们的热处理。

1、渗碳塑料模具钢的热处理

受到较大冲击的塑料模具零件需要有坚硬的表面和坚韧的芯部，通常采用渗碳和碳氮共渗工艺来达到这一目的。

渗碳件一般可采用结构钢的合金渗碳钢，其热处理工艺与结构件基本相同。对表面质量要求较高的塑料模具零件，应采用专用钢。热处理的关键是选用先进的渗碳设备，严格控制工艺，保证渗碳层的组织和性能要求。

渗碳或碳氮共渗的工艺规范可参考热处理行业工艺标准：JB/T3999-1999《钢的渗碳碳氮共渗淬火及回火处理》。

常用的渗碳橡胶、塑料模具钢有20、20Cr、l2CrNi2、l2CrNi3、l2Cr2Ni4、20Cr2Ni4钢等。

1）l2CrNi3钢l2CrNi3钢是传统的中等淬硬性合金渗碳钢，具有中等冷成形性能。该钢含碳量较低，加入合金元素镍、铬，提高钢的淬硬性和渗碳层的韧性。特别是加入镍后，在产生固溶强化的同时，可明显改善钢的塑性。该钢锻造性能良好，锻造加热温度为1200℃，始锻温度为1150℃，终锻温度大于850℃，锻后缓冷。

l2CrNi3钢主要用于冷挤压复杂浅腔塑料模具，或用于切削加工成形大中型塑料模具。用切削加工制造塑料模具时，为提高切削加工性能，模具毛坯需进行正火处理。用冷挤压成形型腔时，锻造后还需进行软化退火工艺。

12CrNi3钢采用气体渗碳工艺时，加热温度为900~920℃，保温时间为6~7h，可获得0.9~1.0mm的渗碳层。渗碳后预冷至800~850℃直接油冷或空冷淬火，淬火后表面硬度可达56~62HRC，心部硬度为250~380HBS。

2）20Cr2Ni4钢20Cr2Ni4钢是一种高强度合金渗碳钢，综合力学性能良好，其淬硬性和韧性均优于l2CrNi3钢。该钢具有良好的锻造性能，锻造加热温度为1200℃，始锻温度为1150℃，终锻温度大于850℃，锻后缓慢冷却。

2.预硬塑料模具钢的热处理

预硬塑料模具钢是指将热加工后的模块预先回火到一定硬度（一般分为10HRC、20HRC、30HRC、40HRC四个牌号）后供货的钢。模具成型后，不需进行最终热处理，即可直接使用，从而避免了因热处理而引起的模具变形、开裂等问题。这种钢称为预硬钢。预硬钢最适用于制作形状复杂的大、中型精密塑料模具。常用的预硬橡胶、塑料模具钢有3Cr2Mo（P20）、3Cr2NiMo（P4410）、8Cr2MnWMoVS、4Cr5MoSiVl、P20SRe、5NiSCa等。

1）3Cr2Mo钢3Cr2Mo（现为SM3Cr2Mo）钢是最早纳入标准的一种预硬性塑料模具钢，相当于美国的P20钢。其他同类钢种还有瑞典（ASSAB）718、德国40CrMnMo7、日本HPM2钢等。3Cr2Mo钢是GB/T 1299-1985中唯一的塑料模具钢，主要用于聚甲醛、ABS塑料、醋酸丁酸纤维素、聚碳酸酯（PC）、聚酯（PEF）、聚乙烯（DPE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等热塑性塑料的注射模。

我国某厂推荐的3Cr2Mo钢强韧化热处理工艺为：淬火温度840~880℃，油冷；淬火温度600~650℃，空冷，硬度28~33HRC。

美国标准（AISI、SAE）推荐的P20钢渗碳后热处理工艺为：淬火温度820~870℃，回火温度150~260℃，空冷，硬度58~64HRC（渗碳层表面硬度）。

2）为了改善预硬钢的切削加工性，8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）钢在保证原有性能的同时，添加一种或数种易切削合金元素，使其成为易切削预硬钢。

8Cr2S钢是我国开发的一种硫系易切削预硬高碳钢，该钢不仅用于制作精密零件的冷冲压模具，经预硬后还可用于制作塑料成型模具。该钢韧性高，切削性能和镜面抛光性能良好，表面处理性能好，可进行氮化、渗硼、镀铬、镀镍等表面处理。

8Cr2S钢热处理至硬度为40~42HRC时，其切削加工性相当于退火状态的Tl0A钢（200HBS），综合力学性能良好，可磨削、抛光至Ra0.025μm，光刻、蚀刻性能良好。

8Cr2S钢淬火加热温度为860~920℃，可采用油淬、空淬或在240~280℃硝酸盐中等温淬火。直径100mm的钢可用空淬透硬，淬火硬度为62~64HRC。回火温度可在550~620℃温度范围内选择，回火硬度为40~48HRC。由于S的加入，预硬硬度为40~48HRC的8Cr2S钢坯，其切削加工性与回火至30HRC的碳钢相近。

3.时效硬化型塑料模具钢的热处理

对于复杂、精密、长寿命的塑料模具，模具材料在使用时必须具有较高的综合力学性能，因此必须采用最终热处理。但采用一般的最终热处理工艺往往导致模具产生热处理变形，模具精度难以满足要求。时效硬化型橡胶塑料模具钢经固溶处理后（一般为28~34HRC）变软，可进行切削加工，冷成型后再进行时效处理，可获得较高的综合力学性能。时效热处理的变形很小，而且该类钢一般焊接性能良好，可进行氮化处理，适用于制造复杂、精密、长寿命的塑料模具。

时效硬化塑料模具钢分为马氏体时效硬化钢和沉淀（沉淀）硬化钢两大类。

1）马氏体时效硬化钢 马氏体时效硬化钢具有屈强比高、切削加工性能和焊接性能好、热处理工艺简单等优点，典型钢种为18Ni系列，屈服强度可高达1400~3500MPa。该类钢用于制作模具虽然价格昂贵，但由于使用寿命长，仍具有较高的综合经济效益。

2）沉淀硬化钢沉淀硬化钢也是通过固溶处理析出第二相而得到强化，硬度约为37~43HRC，可以满足部分塑料模具成型件的要求。市场供应40HRC级预硬化，仍具有满意的机械加工性。该类钢的冶金质量较高，一般采用特殊冶炼方法冶炼，因此具有良好的纯净度、镜面抛光和蚀刻加工性，使模具具有良好的精度和精度保持性。焊接性良好，表面和心部硬度均匀。

沉淀硬化塑料模具钢的代表钢种为25CrNi3MoAl，属低碳中合金钢，相当于美国的P21钢。用沉淀硬化钢制成的模具零件还可以通过氮化处理进一步提高耐磨性、抗卡死能力和模具使用寿命。

4.耐腐蚀塑料模具钢的热处理

生产对金属有腐蚀作用的塑料制品时，工作部件采用耐腐蚀钢制造。常用的钢种有Crl3型

以及9Crl8钢等可强化马氏体不锈钢。

9.1.4耐腐蚀塑料模具钢热处理规范

序列号

钢材等级

热处理

硬度

评论

Crl3 系列

980~1050℃油冷，650~700℃回火，油冷。可进行氮化处理，提高表面硬度和耐磨性，但耐腐蚀性能会下降

229~341哈佛商学院

9crl8

850℃预热、1050~1100℃奥氏体化油冷、-80℃冷处理、160~260℃回火3H、130~140℃去应力退火15~20h

58~62小时

星光

第一次预热温度500℃，第二次预热温度80℃，奥氏体化温度1020~1070℃，可空冷、油冷或气冷，回火：①若要求耐腐蚀，则200~400℃回火，按60~90min/25mm；②若要求高硬度，则490~510℃回火，按50~90min/25mm

精度要求高的模具零件需进行冷处理

以预硬钢交货，31~34HRC；以调质状态交货，≤229HBS

大同特殊钢株式会社

需要指出的是，对于镜面要求较高的塑料模具钢零件，采用现有的不锈钢标准牌号很难满足其表面质量要求，因此，开发了耐腐蚀镜面塑料模具钢，如已进入中国市场的法国CLC2 316 H钢（与德国X36CrMol7同类型）就是一种预硬化耐腐蚀镜面塑料模具钢。

耐腐蚀塑料模具钢零件的热处理与一般不锈钢制品的热处理基本相同，热处理工艺可参考我国行业标准：热处理工艺标准在ZB/T36017-1990《不锈钢和耐热钢热处理》。