塑料模具钢是用于塑料生产的模具钢的一类。 塑料模具材料主要是模具钢。 模具钢的发展推动了工业产品向高端化、多元化、个性化、高附加值方向发展。 世界各国将模具钢产量计入合金工具钢，其产量约占合金工具钢的70%～80%。

引言随着过去半个世纪石化工艺的快速发展，塑料产量迅速增加。 塑料与钢材、木材、水泥一起构成了现代社会的四种基本材料。 大量的塑料制品在生产过程中需要模具压制，这极大地促进了模具工业的发展。 模具材料是影响模具质量、性能和使用寿命的关键因素，也是模具工业发展非常重要的组成部分。 塑料模具材料仍以模具钢为主。 模具钢的发展推动了工业产品向高端化、多元化、个性化、高附加值方向发展。 世界各国将模具钢产量计入合金工具钢，其产量约占合金工具钢的70%～80%。 工业发达国家合金钢产量约占国内产量的0.1%。 我国模具钢已基本形成比较完善的钢级体系，并有相应的国家标准GB/T1299-2000E2J1。

塑料模具钢的种类一般可分为时效硬化塑料模具钢（包括镜面模具钢）、耐腐蚀塑料模具钢、渗碳塑料模具钢、预硬嵌入模具钢（包括易切削钢）、回火塑料模具钢塑料模具钢有塑料模具钢和淬火塑料模具钢六大类。 应用最广泛的是时效硬化塑料模具钢、渗碳塑料模具钢和预硬塑料模具钢2。

特点 1、塑料模具用钢涵盖材质广泛，从普通钢到特殊钢。 这一点在塑料模具的早期表现得更加明显，现在已经日趋正规和先进。 特种钢有自己的体系。 模具钢的化学成分与合金工具钢基本相同，但冶金质量较高，加工性优良，有利于热处理。

2、塑料模具钢性能要求严格，热处理难度大。

3、为了避免模具零件在钢化过程中出现变形或其他热处理问题，模具钢通常以预硬形式供应市场。

4、石化产品制成的塑料制品具有不同的腐蚀性能，因此耐腐蚀钢也得到广泛应用。

5、随着预硬钢和非调质钢的应用，易切削加工也是塑料模具钢的一个特点1。

合理选材随着塑料制品越来越多地应用于工业和日常生活中，塑料模具行业对模具钢的需求量也不断增加。 在塑料成型加工中，模具的质量对于保证产品质量起着不言而喻的作用。 塑料模具已向精密化、大型化、多腔方向发展，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的种类、产品用途、生产批量、尺寸精度和表面质量要求而定。

影响塑料磨料钢选用的因素塑料模具零件分为两类：

第一类是结构件，包括：浇注系统、导向件、顶出模板、顶出机构、支撑件等；

另一类是模制件，包括：型腔、型芯、嵌件等。

第一类零件可根据机械零件的要求进行强度和结构设计。 材料一般采用中低碳结构钢、合金钢和碳素工业钢。 由于成型零件结构复杂，要求工件具有较高的尺寸精度、较低的表面粗糙度值、良好的接缝附着力，这对模具材料的机械性能、耐磨性和加工工艺提出了专业要求。

1、模具的主要失效模式

由于模具工作温度高、压力大，一些塑料材料容易与模具表面发生磨损、腐蚀，有时还会因脱模而发生碰撞。 主要有三种失效模式：

(1)表面磨损

由于塑料中含有增强树脂填料，会对模具型腔表面造成冲蚀、磨损和腐蚀，使模具型腔表面粗糙度增大，导致尺寸超差。

(2) 变形

塑性变形发生在模具局部，造成凹陷、皱纹、麻点、塌边等表面损伤。

(3) 休息

模具局部应力集中引起的断裂现象。

2、模具制造及使用要求

塑料模具对材料强度和韧性的要求低于冷作模具和热作模具。 根据其失效模式和工作要求，其基本性能要求总结如下：

(1)足够的耐磨性

由于表面磨损是模具的主要失效模式之一，因此模具应具有足够的硬度，以保证模具的耐磨性和模具的使用寿命。 通常需要选择适当的材料和适当的热处理方法来满足硬度要求。 但当硬度达到一定值时，硬度对提高耐磨性的作用就不明显了。

(2)减少热处理变形的影响

由于注塑件的形状往往比较复杂，塑料模具在硬化后很难加工，有时甚至无法加工。 为了增加硬度，需要进行热处理。 必须采取适当的措施来减少热处理变形的影响。 对于热处理后必须加工的模具，应选用热处理变形小的材料。

(3)优良的切削性能

在塑料模具的制造中，切削加工成本往往占大部分。 为了延长切削刀具的使用寿命和保证加工表面质量，要求模具材料具有良好的切削加工性能。 对于预硬材料，淬火后要求有良好的加工性能。

(4)良好的抛光性能和蚀刻性能

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，以降低表面粗糙度值。 为了保证模具具有良好的电加工性、镜面抛光性和图案蚀刻性能，模具钢应材质纯净，组织细小、均匀致密，无纤维方向性。

(5)耐腐蚀性能好

PVC或含有阻燃剂等添加剂的塑料制品在注塑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耐腐蚀性能的钢材。 。

常用模具钢的种类及特点1、渗碳钢

由于渗碳钢退火后硬度低、塑性好，可采用冷挤压成型，从而提高工作效率，降低成本。 挤压复杂型腔时，退火后硬度小于100HBS； 挤压浅腔时，硬度小于160HBS。 挤压后，经渗碳、淬火、回火后，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）是国内开发的冷挤压成型专用钢。 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。 淬火处理的最佳温度为850℃，回火温度可根据模具的工作条件选择。

2、调质模具钢

工艺要求是在模具机械加工完成后进行调质处理，使模具达到较好的综合机械性能。 一类是45、55等优质碳素钢，适用于形状简单或精度要求不高、使用寿命短的模具。 可选用SM45、SM55等塑料模具专用钢（YB/T094-1997、YB/T107-1997、YB/T129-1997）。 该钢具有良好的纯净度和稳定的机械性能。 另一类是合金钢，调质后可进行碳氮共渗，进一步提高耐磨性和耐腐蚀性。 其中：40CrMo具有良好的低温韧性和较低的缺口敏感性，适合制作中型模具。 42CrMo是一种高强度钢，具有高疲劳极限和良好的低温韧性。 适用于制造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。 淬火、回火后进行氮化处理。 具有较高的表面硬度（大于850HV），并具有一定的耐腐蚀性。 适用于PVC、PC塑料模具。 此外，5CrNiMo、5CrMnMo等热作模具钢主要用于要求较高温度和较高耐磨性的塑料模具，如热固性塑料模具。

3、预硬塑料模具专用钢

预硬模块和扁钢可直接用于加工，避免了加工后热处理造成的各种缺陷，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普通型、易切削型、非调质型。

模具钢材的选用和热处理、加工、抛光等塑料模具的制造成本占70%～80%。 因此，在选择模具材料时，应在保证模具性能要求的同时，尽可能提高其加工性能。 选择方法可按如下方式进行：

(1)根据塑料制品的种类和质量要求来选择。

(2)根据塑件生产批次选择。 当其他影响因素确定后，生产批量越小，对模具的耐磨性和使用寿命的要求越低。 因此，可以使用性能指标低的材料。 对于小批量，可选用调质复合钢或碳钢。 中批量（30万～100万片）可选择P20、5NiSCa、SM2等，大批量可选择5NiSCa、PMS等。

(3)根据塑件的尺寸和精度要求来选择。 对于大型、高精度注塑模具，大批量生产塑件时，采用预硬钢来防止热处理变形。

(4)根据塑件的复杂程度选择。 应充分考虑模具的加工工艺，尽可能采用易切削加工、热处理变形小、耐磨性好的材料2。

发展随着我国模具工业的快速发展，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、规格和质量水平的提高。 我国冶金工业开发引进了大量模具工业所需的钢种。 但国产模具钢在品种和质量上仍难以完全满足国内模具市场的需求。

以冷作模具钢为例，我国仅有Cr12、Cr12MoV、CrWMn钢。 我国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，容易产生严重的网状碳化物，影响性能。 如今，根据冷冲压件向高精度、标准化发展的趋势，国外已开发出高性能模具钢，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，我国也急需研发这些新型模具钢。

国内热作模具钢也存在空白。 我国通用钢种中只有两个钢号。 除通用钢种外，国外还开发了YHD3、H26等新品种。 塑料模具钢的差距就更大了。 从品种上看，国标只有一个钢号，而美国有七个钢号，形成了比较完整的钢号系列。 国内每年消耗模具钢至少150万吨。 市场巨大，但国内模具钢制造企业要想占据更大的份额，必须在科研开发、技术改造、市场开拓等方面做出更大的努力。 。

国内发展现状：我国过去没有专用塑料模具钢。 一般塑料模具采用正火45、40Cr经调质后制成。 因此，模具硬度低，耐磨性差，表面粗糙度值高，加工后的塑料制品外观质量差。 差，模具使用寿命短； 精密塑料模具和高硬度塑料模具采用CrWMo、Cr12MoV等合金工具钢，不仅加工性能差，而且复杂型腔加工困难，且无法解决热处理变形问题。 由此，国内开发了塑料模具专用钢，并取得了一定的进展。 我国已经拥有自己的特种模具钢系列。 有两种类型已纳入国家标准，即3Cr2Mo和3Cr2MnNiMo。 已有20余种被纳入行业标准。 十余种新型塑料模具钢在生产中得到推广应用。 我国塑料模具用钢体系已初步形成1。

应用 1. 开发易于加工且具有良好抛光性的材料

随着光盘、磁盘、棱镜等精密零件的生产，对易加工镜面钢的需求量增加。 此类钢含非金属杂质少，金相组织细小均匀，无纤维方向性。 是塑料模具钢的主要发展方向。

2、耐腐蚀钢

模具在长期运行和维护过程中容易生锈和腐蚀，而且由于塑料成型时添加了各种成分，模具更容易受到腐蚀。 因此，要求提高基材本体的耐腐蚀性能，并开发了一些耐腐蚀不锈钢材料。

3、马氏体时效合金钢

此类钢具有足够的力学性能和突出的工艺性能，特别是高强度、高韧性、耐磨性、低热膨胀系数。 它是制造注塑模具的好钢，但价格昂贵。

4.硬质合金

主要用于制造寿命要求高、零件大批量生产的模具。 2.

总结（1）模具设计时，材料的选择至关重要。 对于生产小批量产品的模具，可采用通用材料，降低模具成本； 但对于强度较差、易损坏的模具，应采用较好的模具材料。 虽然模具加工成本增加，但模具的寿命提高了，相对而言，总成本降低了。

(2)塑料制品尺寸日益多样化、形状复杂、表面装饰美观，促使塑料模具向多样化、复杂化、精密化、多型腔方向发展。 新型塑料模具专用钢具有良好的机械性能、机械加工性能和镜面抛光性能。 在提高模具设计和加工水平的同时，应注意加强新型塑料模具钢的使用。

（3）我国开发的一些新型塑料模具材料的性能和使用寿命已达到或接近国外先进水平，极大地促进了我国模具钢系列的提高。 但这些新型钢材的推广量和应用范围还不够大。 因此，迫切需要大力推广高纯度、高精度、高均匀性、质量稳定的新型塑料模具材料。

本条目内容的贡献者是：

史继英-副教授-天津大学