模具材料的性能对模具的寿命有着决定性的影响。 根据模具的结构和用途，合理选择成型材料是模具工程师的重要工作之一。

模具热处理和表面强化是模具制造的关键工序，是保证模具质量和使用寿命的重要环节。 实际使用证明，热处理不当在模具故障中占很大比例。

模具用途广泛，工作条件变化很大，制造模具的材料也多种多样。 目前，冲压模具、塑料模具、压铸模具、粉末冶金模具的材料主要是钢材。 有些模具还可以采用低熔点合金和非金属材料。

模具材料的性能要求及选用原则

模具钢的主要性能要求如下：

1、硬度和耐磨性（模具失效最重要的形式，决定模具的寿命）

2、加工性能（模具零件形状复杂，要求热处理变形小）

3.强度和韧性（足够的强度以承受高压、冲击载荷等需要高韧性）

4、淬透性、抛光性、耐腐蚀性（塑料和添加剂的腐蚀作用）。

模具钢按用途可分为三类：

1、冷作模具钢：制造使金属在冷态下变形的模具，包括：冷冲模、冷挤压模、冷镦模、粉末压制模等。 要求具有高硬度、高耐磨性和足够的强度和韧性。

2、热作模具钢：制造由固态或液态金属在压力下受热而形成的模具，包括：热锻模和压铸模。要求在高温下有足够的强度、韧性和耐磨性，以及较高的抗热疲劳性能和耐热性能。电导率

3、塑料模具钢：制造各种塑料模具。 塑料的种类很多，要求也千差万别，模具材料的范围也很广。 主要要求工艺性能高（热处理变形小、抛光性好、耐腐蚀）

选择的一般原则：满足性能要求，工艺性能良好，并适当考虑经济性。

模具常用热处理工艺

模具热处理包括模具材料热处理和模具零件热处理。

模具材料热处理：在钢厂完成，保证钢材质量，如基本力学性能和金相组织，必须符合国家标准或行业标准。 特点是在大型工业炉中进行批量生产。

模具零件热处理：在模具制造厂完成，或在专业热处理厂完成。 其特点是小批量或单件生产、工艺复杂多样、设备精良。

热处理工艺分为初步热处理和最终热处理。 常用的方法有：正火、退火、淬火、回火、渗碳、渗氮等，见表。

冷作模具钢及其热处理

冷作模具主要用于金属或非金属材料的冲裁、拉伸、弯曲等工艺。 工作部件承受拉、压、弯曲、冲击、疲劳、摩擦等各种机械力。

主要失效模式：断裂、塌陷、磨损、粘连（咬合）、啃咬、软化等。

冷作模具钢的主要性能要求：高变形抗力、抗断裂性能、耐磨性能、抗疲劳性能、抗粘着性能

常用的材料包括：

碳素工具钢，T10A，T12A

低合金钢、9Mn2V、CrWMn、9SiCr、GCr15

高合金钢、Cr12、Cr12MoV

合金钢的主要特点：C含量高，合金元素较多，合金元素降低钢的马氏体转变点Ms。

冷作模具钢及其热处理

冷作模具钢热处理特点：加热方法（预热或阶梯升温）、加热介质（采用可控气氛炉、真空炉）、冷却方法（缓和冷却方法以减少变形）、表面处理（深冷处理、渗透）氮气）、工序间保护（及时清洗）

碳素工具钢的热处理：用于要求不太高的小型简单冷作模具工作零件，（T8A、T10A），T10A最常用，强度和韧性较高。 碳素工具钢淬透性较差，常规淬火后的硬化层为1.5~3.0mm。

低合金钢的热处理：俗称油淬钢，此类钢一般在较低温度下淬火，油冷，变形小，尺寸稳定性好。

主要材质有：铬钨锰钢（CrWMn、9CrWMn）、锰钒钢（9Mn2V）、高碳铬钢（Cr2）、铬硅钢（9SiCr）

高合金钢热处理：主要是具有极高淬透性和微变形能力的高铬、高碳钢。 又称微变形钢，是一种高级冷作钢。

代表钢种Cr12、Cr12MoV、Cr12W、Cr5MoV等。

火焰淬火冷作模具钢热处理：专门为简化大型、特大型冷作模具的生产工艺而开发。 其热处理特点是：淬火温度范围宽（880--1150℃），适合手工操作； 通过淬火，韧性高，空冷后表面硬度高，心部性能良好； 淬火变形倾向小。

冷作模具钢与热作模具钢的区别：冷作模具钢注重硬度和耐磨性。 碳含量高，合金元素主要增加淬透性和耐磨性。 热作模具钢有适当的硬度要求，重点是红硬性、导热性、耐磨性。 因此碳含量较低，合金元素主要用来提高淬透性、耐磨性和红硬性。

塑料模具钢及其热处理

塑料模具钢的主要特点：

1、范围广：从普通钢到特殊钢。 特殊钢有自己的制度，钢号前加SM。

2、性能要求严格，热处理难度大，抛光性、镜面质量要求高

3、避免变形

4、耐腐蚀

5. 易于切割

各种钢种的热处理

▇预硬塑料模具钢的热处理

▇易切削预硬塑料模具钢的热处理

▇非合金中碳塑料模具钢的热处理

▇C型塑料模具钢的热处理

▇耐腐蚀塑料模具钢的热处理

▇时效硬化塑料模具钢的热处理

●预硬钢一般是指在钢厂经过最终热处理（淬火、回火）的钢。

●典型的预硬塑料模具钢为：SM3Cr2Mo。 其热处理工艺为：840-880℃淬火，油冷，600--650℃回火，空冷，供货硬度32HRC。

●对应美国钢种为P20、德国钢种40CrMnMo7、日本HPM2。 P20钢渗碳后的热处理工艺为：820--870℃淬火，150--260℃回火，空冷，渗碳层硬度达到58-64HRC。 德国钢40CrMnMo7比SM3Cr2Mo具有更好的淬透性，并且具有更好的加工性能和抛光性能。

●易切削预硬钢在保证原有性能的同时添加了一种或多种易切削合金元素。

●典型材料有：8CrMnWMoVS（8CrS），含S易切削钢。当热处理硬度达到40-42HRC时，其切削加工性能与退火T10A钢（200HBS）相当，并具有良好的抛光性和光刻性。 典型热处理：800±10℃退火，保温2-4h，冷却至700-720℃，保温4-6h，炉冷，硬度=58HRC。

●高韧性易切削钢：5CrNiMnMoVSCa

●非合金中碳塑料模具钢是冶金质量（纯度）较高的中碳碳素结构钢，C含量为0.4%-0.6%。

●典型材质包括：SM45、SM50，类似的日本钢种有S45C-S58C。 热处理工艺与常规工艺相同。 该钢种是精度要求不高的小型塑料模具零件的首选。

●渗碳塑料模具钢：对于承受较大冲击、要求表面坚硬、心部坚韧的塑料模具零件，采用渗碳钢。 零件一般采用20Cr。 表面质量要求高的零件采用专用钢种：12CrNi3A。

●耐腐蚀塑料模具钢用于制造对金属有腐蚀的塑料制品的模具零件。

●典型钢种有：Cr13、9Cr18等，可强化马氏体不锈钢。 热处理与一般不锈钢制品相同。

●时效硬化塑料模具钢：对于形状复杂、精度高、寿命长的塑料模具零件，采用时效硬化钢，以减少热处理变形，提高模具零件的精度保持性。 模具零件经固溶处理后变软（28-34HRC），以利于加工成型，然后进行时效硬化以获得所需的综合机械性能。

●马氏体时效淬火钢屈服强度比高，切削性能和焊接性能良好。 典型钢种包括18Ni，其固溶态硬度为28HRC，在480°C时效3小时。 硬度可提高至43HRC。 保温时间较长，硬度可达52HRC。

●沉淀硬化钢通过固溶处理和第二相析出进行强化，硬度可达37-43HRC。 代表钢种有：25CrNi3MoAl。 这类钢冶金质量较高，一般采用特殊方法冶炼。 具有良好的纯度和良好的镜面研磨性。 热处理分为：第一次固溶处理（淬火）、第二次固溶处理（回火）和时效处理。

市场上常用的塑料模具钢材

●718塑料模具钢（43元/个）

●718塑料模具钢：交货状态已预硬至HB285-320（HRC30-35），无需再次硬化，永不变形； 可硬化至HRC40。 性能描述：钢材经电炉精炼或电渣复溶，适合电蚀（电火花）加工，易于镜面抛光； 淬透性好，综合机械性能好。 主要用到：

(1)长期生产或大型塑料模具；

(2)有镜面抛光要求的大型塑料模具。

●718H（36元/支）是真空熔炼的铬镍钼合金钢，出厂前已经过淬火、回火处理。 它具有以下两个优点：无淬火裂纹和热处理变形的风险，无热处理费用，缩短模具。 生产周期降低了模具成本（例如不需要校正变形）。 模具易于修形，可进行氮化和眼部淬火，提高模具的表面硬度和耐磨性。 718H主要用途：大型长寿命注塑模具，如家电、电脑外壳等模具。 具有高表面光洁度的塑料制品模具。 吹塑模具由于硬度高，可作为塑料模具中的滑块成型工具，压缩制动模具（折弯机模具），（根据生产需要可采用火焰淬火或氮化处理）结构件和轴●718H的特点钢：抛光性和加工性良好，钢的纯净度高。

●出厂状态：预硬HB 330-370

●S136（96元/个）

●S136——高耐磨、防腐预硬镜面钢瑞典ASSAB STAVAX ESR（S-136）是一种高级不锈工具钢，具有以下特点：

●优良的耐腐蚀性能

●优良的抛光性

●优异的耐磨性

●优良的机械加工性

● 淬火时的稳定性优异。 结合上述优点，该钢种具有优异的生产特性。 由于其优异的耐腐蚀性，在塑料模具中使用的好处总结如下：

● 降低维护成本。 模具长期使用后，模腔表面仍保持原有的光滑状态。

HPM38（日立金属）

高耐磨、耐腐蚀预硬镜面钢HPM38是经过特殊溶解制造的13Cr系列含钼不锈钢，具有良好的耐腐蚀性。 因此最适合要求高硬度和耐腐蚀镜面性能的塑料模具。 而且HPM38在热处理过程中尺寸变化极小，适合精密热处理。 另外，其耐腐蚀性能良好，有利于模具的维护。 主要用于：日常透明制品（家电、医疗、食品）抛光要求较高的模具及耐腐蚀要求的橡胶模具等。如：通讯设备零件、医疗器械零件等。

特点：非常好的抛光性、良好的耐腐蚀性、热处理尺寸极小。

热作模具钢及其热处理

热作模具主要有锻造模具、热挤压模具、压铸模具等。

主要失效模式：断裂（开裂或机械疲劳裂纹）、塑性变形或型腔塌陷、热疲劳、热磨损和热熔损。

热作模具钢的主要特点：除具有良好的工艺性能外，还要求具有较高的强度、韧性、硬度以及不同温度下的热稳定性。 一般含C量较低，为多元合金（含Cr、W、Mo、Ni、V、Si、Co等）

高韧性热作模具钢：用于制造承受较大冲击载荷的热作模具工作零件。

典型钢种：5CrNiMo 和 5CrMnMo。

高热强热作模具钢：主要用于生产压铸模、机锻模的工作零件。 要求具有较高的热强度、抗热疲劳性能、热熔损性能、抗回火性能和热稳定性。 一般含有较多的Cr、W、Si、Mo、V等合金元素。代表钢种有：4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1（国外牌号H13）、4Cr3Mo3SiV

高耐磨热作模具钢：具有红硬性和良好的热耐磨性，并具有较高的高温强度、高温韧性和热稳定性。 代表钢种：3Cr2W8V，W含量高。淬火温度高：1100-1150℃。 为了减少变形，应缓慢升高温度。 复杂和大型零件应预热。

其他模具材料的热处理

模具铸铁的热处理：制造大型、复杂的模具，一般采用球墨铸铁和合金铸铁。 典型的热处理是正火和高温回火。

模具用铸钢的热处理：大型锻模，典型代表为ZG5CrMnMo、ZG5CrNiMo等。热处理一般为正火、回火。

钢结硬质合金热处理：以钢基体为结合相，金属碳化物为硬质相，通过粉末冶金工艺压制、烧结而成。 其热处理与合金工具钢基本相同。

时效硬化钢

凡是通过时效热处理能提高硬度的合金钢称为时效硬化合金钢。 典型的钢类型包括马氏体时效钢和沉淀硬化不锈钢。 前者的基本成分为碳≤0.03%，镍18%～25%，并添加各种能产生时效硬化的合金元素。 主要用于飞机、火箭发动机壳体等上的某些零件，也用于压铸模具等。沉淀硬化不锈钢又分为奥氏体-马氏体沉淀硬化不锈钢和马氏体沉淀硬化不锈钢。 奥氏体-马氏体沉淀硬化不锈钢可用作飞机机身的薄壁结构和蜂窝结构，以及燃料储罐、火箭发动机壳体、高压容器等。马氏体沉淀硬化不锈钢具有耐腐蚀的特点。大气、水和其他介质，用于制造液体火箭外壳和核电站的某些零件。

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