1 简介

因此，我国大力发展专用塑料模具钢，并取得了一定进展，我国已有自己的专用模具钢系列，其中两个品种列入国家标准，即3Cr2Mo、3Cr2MnNiMo，20余种品种列入行业标准，已有十余种新型塑料模具钢在生产中推广应用，我国塑料模具钢体系已初步形成。

2 特点

1、塑料模具钢涵盖范围很广，从普通钢到专用钢，这在塑料模具早期表现得比较明显，但目前已比较正规，专业化，专用钢已自成体系。模具钢的化学成分与合金工具钢基本相同，但其冶金质量较高，加工性好，热处理性好。

2、塑料模具钢性能要求严格，热处理困难。

3、为了避免在钢化过程中模具零件发生变形或者出现其它热处理问题，模具钢通常以预硬化形式供应给市场。

4、由石油化工产品制成的塑料制品都有不同程度的腐蚀性，因此耐腐蚀钢材也被广泛应用。

5、与预硬钢及非调质钢组合，易切削也是塑料模具钢的特性。

3. 开发应用程序

1.开发易于加工、抛光性能好的材料

随着光盘、磁盘、棱镜等精密零件的生产，对易于加工的镜面钢的需求量增大，此钢含非金属杂质少，金相组织细小均匀，无纤维取向，是塑料模具钢的主要发展方向。

2.耐腐蚀钢

模具在长期的使用和维修过程中，容易产生生锈和腐蚀现象，而且由于塑料成型时加入了各种成分，模具更容易受到腐蚀。因此要求提高母材的耐腐蚀性能，已开发出一些耐腐蚀的不锈钢材料。

3.马氏体时效合金钢

该种钢具有足够的力学性能和突出的工艺性能，特别是具有较高的强度、韧性、耐磨性和较小的热膨胀系数，是制作注塑模具的优良钢种，但价格较高。

4.硬质合金

主要用于制作使用寿命要求高，生产批量大的模具。

4.合理选择

随着塑料制品在工业和日常生活中的应用越来越广泛，塑料模具行业对模具钢的需求也越来越大。在塑料成型加工中，模具的质量对保证产品质量起着重要作用。塑料模具向精密化、大型化、多腔化方向发展，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、产品用途、生产批量、尺寸精度和表面质量要求等来确定。

影响塑料磨料钢选择的因素

塑料模具的零件分为两大类：一类是结构件，包括浇注系统、导向件、顶模板、顶出机构、支撑等；另一类是成型件，包括型腔、型芯、镶件等。其中，零件的强度和结构可按机械零件的要求进行设计，材料一般选用中、低碳结构钢、合金钢和碳素钢。由于成型件结构复杂，要求尺寸精度高、表面粗糙度低、连接紧密性好，这就对模具材料的力学性能、耐磨性、加工工艺等提出了专业要求。

1.1模具的主要失效形式

由于模具的工作温度、压力较高，有些塑料材料容易与模具表面产生磨损、腐蚀，有时还要受到脱模时产生的摩擦、碰撞，其失效形式主要有三种。

1.1.1 表面磨损

塑料中的增强树脂填料对模具型腔表面产生冲刷、磨损和腐蚀作用，导致模具型腔表面粗糙度值增大，尺寸偏差增大。

1.1.2 变形

模具局部发生塑性变形，造成凹痕、皱纹、点蚀、崩边等表面损伤。

1.1.3 断裂

模具局部应力集中引起断裂。

1.2模具制造和使用的要求

塑料模具对材料强度、韧性的要求较冷模、热模较低，根据其失效形式和工作要求，其基本性能要求归纳如下：

1.2.1足够的耐磨性

由于表面磨损是模具的主要失效形式之一，因此模具应具有足够的硬度以保证模具的耐磨性和寿命。通常需要选择合适的材料和适当的热处理方法来满足硬度的要求。但当硬度达到一定值后，硬度对提高耐磨性的作用就不明显了。

1.2.2减少热处理变形的影响

由于注塑件形状往往比较复杂，塑料模具硬化后很难加工，有时甚至是无法加工的。为了提高硬度，必须进行热处理。应采取适当的措施，减少热处理变形的影响。对于必须热处理后加工的模具，应选用热处理变形小的材料。

1.2.3 优异的切削性能

切削费用往往占塑料模具制造成本的大部分。为了延长切削刀具的使用寿命和保证加工表面的质量，要求模具材料具有良好的切削性能。对于预硬材料，淬火后还要求具有良好的可加工性。

1.2.4 良好的抛光和蚀刻性能

为了获得高质量的塑料制品，必须对模具型腔表面进行抛光处理，降低表面粗糙度值。为保证模具具有良好的电加工、镜面抛光和花纹蚀刻性能，模具钢应具有较高的材料纯度，组织细小、均匀、致密，无纤维方向性。

1.2.5耐腐蚀性能好

注塑PVC或含有阻燃剂等添加剂的塑料制品时，会分解出腐蚀性气体，对模具表面产生一定的化学腐蚀作用，制作此类模具时应选用具有一定抗腐蚀性能的钢材。

常用模具钢材种类及特点

2.1渗碳钢

渗碳钢退火后硬度较低，塑性好，可用冷挤压方法成形，从而提高工效，降低成本。挤压复杂型腔时，退火后硬度小于100HBS；挤压浅型腔时，小于160HBS。挤压后经渗碳淬火回火处理，表面硬度为53～62HRC，满足表面耐磨性高、心部韧性好的要求。08Cr4NiMoV（LJ）是我国开发的一种冷挤压专用钢，具有成形性能优良、渗碳层深、热处理变形小、耐磨性好等优点。淬火处理最佳温度为850℃，回火温度可根据模具的工作条件选择。

2.2调质模具钢

工艺要求是在模具加工完成后进行淬火、回火处理，使模具达到较好的综合力学性能。一类是45、55等碳素钢，适用于形状简单或精度要求不高、使用寿命较短的模具。可选用SM45、SM55等塑料模具专用钢（YB/T094-1997、YB/T107-1997、YB/T129-1997），此钢纯净度好，力学性能稳定。另一类是合金钢，淬火、回火后可进行碳氮共渗，进一步提高耐磨性和耐腐蚀性。其中：40CrMo低温韧性好，缺口敏感性小，适用于制作中型模具。42CrMo属于高强度钢，疲劳极限较高，低温韧性好，适用于制作需要一定强度和韧性的大中型塑料模具。 38CrMoA1是典型的渗碳钢，经淬火回火后进行氮化处理，具有较高的表面硬度（大于850HV），并具有一定的耐蚀性，适用于PVC、PC等塑料模具。此外，5CrNiMo、5CrMnMo等热作模具钢在塑料模具中主要用于工作温度较高、耐磨性要求较高的模具，如热固性塑料模具。

2.3预硬塑料模具钢

预硬模块及扁钢可直接用于加工，避免了加工后热处理引起的各种缺陷，从而提高了模具的制造精度，缩短了生产周期。塑料模具钢的主流品种可分为通用型、易切削型和非调质型。

模具钢材选用及热处理

在塑料模具的生产成本中，加工抛光占70%~80%，因此在选择模具材料时，应在保证模具性能要求的前提下，尽可能提高加工性能，选择方法可按如下方式进行。

（1）根据塑料制品种类及质量要求选择。

（2）根据塑件生产批量选择。在其他影响因素确定后，生产批量越小，对模具耐磨性和使用寿命的要求越低。因此，可选用性能指标较低的材料。小批量可选用调质合金钢或碳素钢。中等批量（30万～100万件）可选用P20、5NiSCa、SM2等，大批量可选用5NiSCa、PMS等。

（3）根据塑件尺寸、精度要求选择。对于大型、高精度的注塑模具，当塑件生产批量较大时，为防止热处理变形，多采用预硬化钢。

（4）根据塑件复杂程度选择。应充分考虑模具的加工工艺，尽可能选用易切削、热处理时变形小、耐磨性好的材料。

5 发展

近年来，随着我国模具行业的快速发展，为国产模具钢提供了巨大的市场，带动了国产模具钢产量、品种、规格、质量水平的提高。我国冶金工业开发和引进了大量模具行业所需的钢种，但国产模具钢在品种、质量方面还难以完全满足国内模具市场的需求。

以冷作模具钢为例，目前我国仅有Cr12、Cr12MoV、CrWMn钢种。我国的Cr12MoV钢中钼、钒含量较低，综合性能比D2钢差。CrWMn含碳量高，且不含钒，易产生严重的网状碳化物，影响性能。如今，国外根据冷冲压件向高精度化、标准化发展的趋势，开发了高性能模具钢，包括二次硬化钢OCM、DC53、Vasco、Die；火焰淬火钢SX10570L；空淬微变形钢A4等。这些新型模具钢也是我国急需研究开发的。

国内热作模具钢也存在缺口，目前我国通用钢种只有两个钢种，国外除通用钢种外，还开发了YHD3、H26等新品种。塑料模具钢缺口就更大了，从品种上看，国标只有一个钢种，而美国则有7个钢种，已经形成了比较完整的钢种系列。2012年国内模具钢消费量至少在150万吨以上，其中市场空间巨大，但国内模具钢生产企业要想占据更大的份额，必须在科研开发、技术改造、市场开拓等方面加大力度。