塑料模具钢的性能要求及分类

随着塑料制品需求的增加和应用领域的扩大，对塑料模具提出了越来越高的要求，促进了塑料模具的不断发展。 也带动了塑料模具钢的快速发展，这主要体现在塑料模具上。 钢材的发展不断加快，品种迅速增加，但目前塑料模具材料仍以钢材为主。 据统计，我国塑料模具钢占全部模具钢的一半以上。 合理选用塑料模具钢材和热处理工艺，对于保证塑料模具质量、增加塑料模具使用寿命、降低生产成本具有重要作用。

⒈塑料模具的工作条件

塑料模具根据成型和固化条件的不同，可分为热固性塑料模具和热塑性塑料模具。 热固性塑料模具，例如压缩模具，当塑料以固体粉末材料或预制毛坯的形式添加到型腔中并在一定温度下热压时进行工作。 热塑性成型塑料模具，如注射模、挤出模，工作时，塑料以粘流状态通过注射、挤出等方法进入型腔，被加工成型。

⒉塑料模具的失效分析

⑴磨损失效； ⑵塑性变形破坏； ⑶ 断裂失效

⒊塑料模具材料的性能要求

⑴塑料模具材料的性能要求

①硬度高、耐磨； ②具有一定的耐热性和耐腐蚀性； ③尺寸稳定性好； ④导热性好。

⑵塑料模具材料的工艺性能要求

①良好的切削加工性； ②冷压成型性好； ③热处理加工性能； ④焊接性能。

⒋塑料模具钢的性能及分类

塑料模具钢的热处理工艺技术要求具有以下特点。

①保证硬度适中，韧性良好。

②保证淬火变形小。

③模具热处理时，应特别注意保护型腔表面，防止出现各种热处理缺陷。

④ 热固性塑料模具长期在热压条件下工作，热处理应具有较高的抗塌陷性能。

⑴渗碳塑料模具钢

①渗碳塑料模具钢的性能

渗碳塑料模具钢主要用于冷挤压成型的塑料模具。 一般要求含碳量较低，为0.1%～0.25%。 同时钢中添加Cr、Ni元素，以提高钢的淬透性。 Si元素的含量应尽可能低，对铁素体的固溶强化影响较小。 此类钢材冷挤压后一般需进行渗碳、淬火、回火处理，可以使模具型腔表面具有较高的硬度和耐磨性。 表面硬度可达58~62HRC，中心部分具有较好的回弹性。

②渗碳塑料模具钢的种类

我国常用的渗碳塑料模具钢类型有碳素渗碳钢和合金渗碳钢。 前者包括10、20钢，后者包括20Cr、12CrNi3A、20Cr2Ni4、2CrNi3MoAlS等。

⑵预硬塑料模具钢

①预硬塑料模具钢的性能

预硬塑料模具钢是钢厂供货时预先经过热处理，使其达到模具使用时的硬度的模具钢。 根据模具的工作条件，这个硬度范围变化很​​大，较低的硬度为25-35HRC，较高的硬度为40-50HRC。 这样，模具在切割成型后无需热处理即可直接使用，从而避免了热处理引起的模具变形和裂纹问题。

②预硬塑料模具钢的种类

预硬塑料模具钢分为调质预硬塑料模具钢和易切削预硬塑料模具钢。

前者常用的型号有10、20钢，后者有3CrMo、3Cr2MnNiMo、42CrMo、4Cr5MoSiV、5CrNiMnMoSCa、8Cr2MnWMoVS(8Cr2S)、40CrMnVBSCa、Y55CrNiMnMoV(SM1)、日本大同模具钢PX4、PAC5000、瑞典ASSAB模具等钢材618HH、718HH（IMPAX HH）、德国Gleitz模具钢1.2311、1.2738、1.2711等

⑶时效硬化塑料模具钢

①时效硬化塑料模具钢的性能

时效硬化塑料模具钢具有碳含量低、合金化程度高的特点。 高温淬火（固溶处理）后，钢处于软化状态，组织为单一过饱和固溶体。 若在较低温度下时效，可使固溶体中析出细小的弥散金属化合物，大大提高模具钢的硬度和强度。 而且，这种强化过程引起的尺寸和形状变化很小。 因此，用该类钢制作模具时，模具可在固溶处理后进行机械成形，然后通过时效处理进行时效，以获得模具较高的强度和硬度，有效保证了模具的最终尺寸和形状精度。

②时效硬化塑料模具钢的种类

18Ni200、18Ni250、18Ni300、18Ni350、25CrNi3MoAl钢、10Ni3MnMoCuAl(PMS)钢、0Cr16Ni14Cu13Nb(PCR)钢、20CrNi3AlMnMo(SM2)钢、日本大同模具钢NAK55、NAK80、瑞典ASSAB模具钢EM33、EM38、德国Gl itz 模具钢 GEST 80等

⑷耐腐蚀塑料模具钢

①耐腐蚀塑料模具钢的性能

生产聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS加阻燃树脂等化学腐蚀性塑料的塑料制品时，在成型过程中会分解出腐蚀性气体，对模具产生腐蚀作用。 为此，模具材料必须具有较高的防腐性能。 耐腐蚀塑料模具钢除了具有良好的腐蚀性能外，与其他类型的塑料模具钢一样，也要求一定的硬度、强度、耐磨性等性能要求。

②耐腐蚀塑料模具钢的种类

常用的耐腐蚀塑料模具钢种类有：高碳、高铬耐腐蚀钢，如9Cr18、9Cr18Mo、Cr18MoV、Cr14Mo4V、4Cr13，日本大同模具钢S-STAR、G-STAR、D-STAR 、瑞典ASSAB模具钢S136(STAVAX ESR)、S136SUP(STAVAX SUPREME)、ELMAX(ELMAX LH/HH​​)、S336(CORRAX)、168(RAMAX 2)、POLMAX(420 VAR)、德国Gleitz模具钢1.2083 VICTORY ESR、 1.2316胜利ESR等； 马氏体不锈耐酸钢，如1Cr17Ni2； 沉淀硬化不锈钢，如0Cr16Ni4Cu3Nb等

⑸其他塑料模具材料及热处理

①铜合金

塑料模具材料的铜合金主要是铍青铜，如ZCuBe2、ZCuBe2.4等。一般采用铸造方法制造模具，不仅成本低、周期短，而且可以生产形状复杂的模具。 铍青铜可以通过固溶时效处理来强化。 固溶后，合金处于软化状态，具有良好的塑性，易于机械加工。 铍青铜适合制造吹塑模具、注塑模具等，以及一些高导热率、高强度、高耐腐蚀性的塑料模具。

②铝合金

铝合金密度低、熔点低，加工性能和导热性能比模具钢好。 塑料模具制造常用的铝合金包括铸造铝合金和变形铝合金。

常用的铸造铝合金牌号为ZL101，适合制作要求导热系数高、形状复杂、制造周期短的塑料模具。

变形铝合金LC9也是塑料模具制造中常用的铝合金。 由于其强度高于ZL101，因此可以制作要求更高强度和良好导热性的塑料模具。

③锌合金

用于制造塑料模具的锌合金大部分为Zn-4Al-3Cu共晶合金，还有铍锌合金和镍钛锌合金。 铍锌合金硬度高（150HBS），耐热性好。 生产的注塑模具的使用寿命可达数万至数十万件。 由于镍和钛的添加，可以增加镍钛锌合金的强度和硬度，从而使模具的寿命成倍增加。