【摘要】簡要介紹了塑料模具鋼應具備的基本性能，并闡述了塑料模具鋼的分類及應用情況。                                    
        ChooseandApplicationofPlasticsmoldSteel      
        A【bstract】Introducedbrieflythebasicperformancethatplasticsmoldsteelneedhave，and   elaboratedclassificationandapplicationofplasticsmoldstee1．      
        Keywords：plasticsmoldsteel；performancerequirement；choose；application

 1 引言                                 
       塑料制品在國民經濟的各個部門的應用日益廣泛，塑料的產量按體積計算在世界上已超過鋼鐵的產量。塑料模具是塑料制品成形加工工業不可缺少的工具，塑料模具的結構和形狀比較復雜、品種規格多、要求低的表面粗糙度值、制造難度大，因此探討塑料模具制造中的選材問題，綜合考慮其工作條件、失效、性能等情況，合理地選用材料以提高模具使用壽命就顯得極其重要。
       塑料模具一般要在 200～300℃溫區內服役，模具要承受較大的機械負荷，易磨損，型腔會有腐蝕氣體腐蝕，因此塑料模具鋼應具備以下基本性能。
      (1)較高的硬度、良好的耐磨性、足夠的硬化深度、心部要有足夠的強韌性，以免發生脆斷及塑性變形。
      (2)機械加工性能好，并具有良好的鏡面拋光性 能和表面圖案光蝕性。
      (3)導熱性能好，線脹系數小，熱處理變形小，金相組織和模具尺寸穩定。
      (4)有的塑料模具鋼還要求有一定的耐蝕性和良好的耐熱性。
 2 常用塑料模具鋼的分類 

      我國塑料成型模具產值已占模具工業總產值的首位，相對應的塑料模具鋼已占全部模具用鋼量的50％以上。我國過去無專用的塑料模具鋼，一般塑料模具鋼用正火的45鋼或40Cr鋼經調質后制造，因而模具硬度低、耐磨性差，表面粗糙度值高，加工出來的塑料制品外觀質量較差，而且模具使用壽命低；精密 塑料模具及硬度高的塑料模具采用CrWMn、Crl2MoV 等合金工具鋼制造，不僅機械加工性能差，而且難于加工性狀復雜的型腔，更無法解決熱處理變形問題。       近年來在引進國外塑料模具鋼的同時，我國自行研制和開發了一批新型塑料模具專用鋼，形成了具有我國特色的塑料模具鋼系列。
      (1)碳素塑料模具鋼。
      由于碳素塑料模具鋼具有加工性能好、價格便宜、 原料來源方便等優點，廣泛應用于制造形狀簡單的小型模具或精度要求不高、使用壽命不需很長的模具。       YB／T074—1997中列出的有SM45、SM50、SM55等鋼號，這類鋼與優質碳素結構鋼相比，鋼中的實際S、P含量低，鋼材的純凈度好，且碳含量波動范圍窄，力學性能更穩定。        對于硬度要求較高的、尺寸較小的熱固性塑料模具，一般采用含碳量為0．7％～1．3％的高碳碳素工具鋼 制造，如，r7、T8、T10、T11、T12等鋼，該類鋼熱處理后可以得到高硬度和高耐磨性。     
    (2)滲碳型塑料模具鋼。       
       滲碳型塑料模具鋼主要用于冷擠壓成型塑料模具，一般要求較低的含碳量，同時鋼中加入能提高淬透性而固溶強化鐵素體效果又小的合金元素，Cr、Ni 是比較理想的元素，Si含量應盡量低。這類鋼首先要冷擠壓成形，因此其退火態必須有低的硬度、高的塑性和低的變形抗力。為了提高模具的耐磨性，這類鋼在冷擠壓成型后一般需進行滲碳和淬火、回火處理，使模具有一定的硬度、強度和耐磨性，表面硬度可達 58-62HRC，而心部仍有較好的韌性。
       滲碳型塑料模具鋼在國外有專用鋼種，如美國的 P1、P2、P4、P6。日本的CH1、CH2、CH4，瑞典的8416 等，國內納入標準的有SM1CrNi3、SM2CrNi3MoAIS。另 外常用 的鋼 種還 有 ：20、20Cr、12CrNi2、12CrNi3、 20CrMnTi、20CrMnMo、20Cr2Ni4A、0Cr4NiMoV(LJ)等。      
(3)預硬型塑料模具鋼。       
對于形狀復雜、精密的大中型塑料模具，為了避免其在淬火熱處理過程中產生變形，因此模具鋼以預硬化狀態供應市場。
       所謂預硬化型塑料模具鋼是由鋼廠在供貨時已預先對模具進行了熱處理，使之達到了模具使用時的硬度，根據模具工作條件這個硬度范圍變化較大，較低硬度為25-35HRC，較高硬度為40～45HRC，在這種硬度條件下，可以把模具加工成形不再進行熱處理而直接使用，從而可避免模具加工后再進行淬火、回火熱處理操作所造成的氧化、脫碳、變形和開裂，從而保證了模具的制造精度。        已納入國家標準的預硬化型塑料模具鋼有： SM3Cr2Mo、SM3Cr2MnNiMo (GB／T1299—2000中的3Cr2Mo、3Cr2MnNiMo)。供貨硬度一般為28～36HRC， 適于制造大中型和精度高的塑料模具。        另外調質硬化型塑料模具鋼號有：40Cr、42CrMo、 38CrMoA1、3CrMnSiNi2A、5CrMnMo、5CrNiMo等。       
(4)易切削硬化型塑料模具鋼。
        塑料模具的形狀復雜，價格較高，在其成本的構成中切削加工所占比例較大，而預硬化型塑料模具鋼在加工時硬度較高，尤其在高硬度區間(36～45HRC),可切削性能差。為了節省在制造模具過程中切削加工工時，延長刀具使用壽命，降低模具成本，國內外發展了一些易切削預硬模具鋼，即在煉鋼時加入易切削元素及變質劑，如S、Ca等來改善鋼的切削性能。         國內開發的易切削預硬型塑料模具鋼有 ： 5CrNiMnMoVSCa(5NiSCa)、Y55CrNiMnMoVS(SM1)和 8Cr2MnWMoVS鋼等。       
(5)時效硬化型塑料模具鋼。      
 模具熱處理后變形是模具熱處理三大難題之一 (變形、開裂、淬硬)。對于復雜、精密等高檔次的塑料模具，要保證高的使用壽命，模具材料必須具有高的綜合力學性能。預硬型塑料模具鋼雖然解決了模具熱處理變形問題，但模具要求硬度高又給加工造成困難。為此發展了一系列的時效硬化型塑料模具鋼。模具鋼經淬火(固溶)后變軟(硬度約為28~34HRC)，便于切削加工，待模具制造成形后再進行時效處理，獲得所需要的綜合力學性能，由于時效處理溫度低，模具變形較小，是精密復雜模具理想用鋼。         
       國 內 常 用 的 無 磁 塑 料 模 具 鋼 有    (PMS)、25CrNi3MoAI、06Ni6CrMoVTiAI鋼等多種，本 文簡要介紹PMS鋼的性能及熱處理。
       PMS鋼是一種低碳的鎳、銅、鋁鐵合金鋼，是新型時效硬化型鏡面塑料模具鋼，具有優良的鏡面加工性能，固溶溫度 870℃左右，保溫一定時間后空冷，固溶后硬度為28～33HRC，固溶處理的目的是為了使合金元素在基體充分溶解，使固溶體均勻化并達到軟化，便于切削加工，在模具加工后進行時效處理，時效溫度約為510℃，即可獲得40～45HRC的較高硬度，最后進行拋光處理。
      (6)耐蝕性塑料模具鋼。
       在生產中會產生腐蝕介質的塑料制品時，模具材料必須具有較好的抗腐蝕性能。當塑料制品的產量不大、要求不高時，可以在模具表面采取鍍鉻保護措施， 但大多數情況需采用耐蝕鋼制造，YB／T094—1997中列出的耐蝕性塑料模具鋼有：SM2Cr13、SM3Cr17Mo、 SM4Crl3，另外還有9Cr18高碳高鉻馬氏體不銹鋼、 1Crl8N9Ti奧氏體不銹鋼及0Crl7Ni4Cu4Nb馬氏體沉淀硬化不銹鋼等。
       為了提高耐腐蝕模具鋼的加工精度，國內又研制了馬氏體時效硬化鋼PCR(0Cr16Ni4Cu3Nb)和AFC-77(1Cr14Cu13Mo5V)鋼，這類鋼適于制造要求高耐磨、高精度和耐腐蝕的塑料模具，提高了耐腐蝕模具鋼的產品質量，延長了模具的使用壽命。
      (7)高耐磨塑料模具鋼。
        用于壓制熱固性塑料、復合強化塑料產品的模具，以及生產批量很大、要求模具使用壽命很長的塑料模具，一般選用高耐磨塑料模具鋼。YB廠r094—1997中 列 出 的 有 SM4Cr5MoSiV、SM4Cr5MoSiV1、   SMCr12Mo1V1等，另外國內常用的9Mn2V、CrWMn、Cr2、Crl2、Cr5MolV、Cr2Mn2SiWMoV、7CrSiMnMoV鋼 等。該類鋼成形后需進行淬火、回火熱處理，硬度通常要求高于45～50HRC。 
       對于大型、精密、形狀復雜的型腔及嵌件，要求熱 處理后有優 良耐磨性的模具可考慮選用基體鋼和高速鋼(W6Mo5Cr4V)。       (8)無磁塑料模具鋼。       無磁塑料模具鋼主要用于制造生產磁性塑料制品和其他磁性材料制品用的壓制成型模具，這類模具鋼在強磁場中不會被磁化，保證了磁性塑料制品在生產過程中即使被磁化，但仍然容易脫模。       國內典型的時效硬化鋼有 ：1Nj3Mn2CuAlMo 7M15Cr2Al3V2WMo、1Crl8Ni9Ti等，這兩種鋼在各種狀態下都能保持穩定的奧氏體組織，具有非常低的導磁系數，適于制造無磁塑料模具鋼。對于奧氏體不銹鋼 1Crl8Ni9Ti，為了提高其耐磨性，一般還需進行氮化熱處理。       (9)非調質型塑料模具鋼。        非調質型塑料模具鋼是一種新型模具鋼，這類鋼的共同特點就是碳素結構鋼或低合金鋼中加人微合金元素(主要是V、Ti、Nb、N等)通過控制軋制(控鍛) 和控制冷卻等，即可達到所要求的硬度 (一般為30~ 40HRC)，這樣就節約了熱處理工序和熱處理設備，避免了在熱處理過程中產生變形或淬火裂紋所造成的廢品，改善了勞動條件，具有 良好的經濟效益和社會效 益 。 該 類 鋼 號 有 ：F45V、YF45V、YF45MnV、 GF40MnSiVS，以及上海寶鋼公司研制和生產的B20、 B25、B30等，目前這類鋼還在進一步發展中。

3 塑料模具鋼的應用

        在塑料模具鋼的應用中，一般遵循的原則是：在塑料零件成型的模具中，被成型塑料的種類、生產批量、工作復雜程度、尺寸精度和表面粗糙度值等質量要求是選擇塑料模具鋼的主要因素。       (1)根據塑料制品的生產，批量應用模具鋼材料。        選用模具鋼種類和塑料制品的生產批量大小有關。生產批量小，對模具的耐磨性及使用壽命要求不高，為 了降低模具造價，不必選用高級優質模具鋼，只選用普通模具鋼即可滿足使用要求。具體選用可參考表l。
      (2)根據塑料制品的種類和質量要求選用模具材料。         a．對型腔表面要求耐磨性好、心部要求韌性好，但形狀不復雜的塑料注射模，可選用低碳結構鋼和低碳 合金結構鋼。這類鋼在退火狀態下塑性很好硬度低， 退火后硬度為85～135HBS，其變形抗力小，可用冷擠壓成形，大大減少了切削用量。例如20鋼、20Cr均屬于此類鋼。對于大、中型且型腔復雜的模具，可選用lJ鋼和12CrNi3A、12Cr2Ni4A等優質滲鋼。這類鋼經滲碳、淬火、回火處理后，型腔表面有很好的耐磨性，基體又有較高的強度和韌性。         表 1 依據塑料制品的生產批量選用模具鋼  
         塑料制品生產批量             選用鋼材     
            1O～2O萬件          SM45、SM55、40Cr    
              3O萬件            P20、5NiSCa、8CrMn     
              60萬件             P20、5NiSCa、SM1     
              80萬件              P20、8CrMn     
             120萬件              SM2、PMS     
             150萬件            PCR、LD2、65Nb    
             200萬件以上       065Nb、06NiTTi2Cr、012A1滲氮、  25CrNiMoA1滲氮、Crl2MolV1       
        b．對聚氯乙烯、氟塑料及阻燃ABS塑料制品，所用模具鋼必須有較好的抗腐蝕性。因為這些塑料在熔融狀態會分解出HCI、HF和SO等氣體，對模具型腔有一定的腐蝕性。這類模具中的成型件常用耐蝕塑料模具鋼，例如2Cr13、4Cr13、PCR、18Ni、AFC一77等。       
        c．對生產以玻璃纖維作增強材料的塑料制品的注射模或壓縮模，要求有高的硬度、高耐磨性、高的抗壓 強度和較高韌性，以防止模具型腔表面被過早磨損壞,或因模具受高壓而發生局部變形，故常用淬硬模具鋼制造，經淬火、回火后得到所需的模具性能。例如選用T8A、T10A、Cr6W 、Crl2、Crl2MolV1、9Mn2V、CrWMn以及基體鋼等。       
        d。制造透明塑料制品的模具，要求模具鋼材有良好的鏡面拋光性能和高耐磨性，所以要采用時效硬化鋼，如 18Ni、PMS、PCR等，也可選用預硬型鋼，如SM3Cr2Mo、SM3Cr2NiMnMo及8CrMn、5NiSCa等。      
        (3)根據塑料制品的尺寸大小及精度要求選用模具材料。         
         對大型、高精度的注射模具，當塑料制品的生產批量大時，采用預硬化鋼。由于模具型腔大，模具壁厚加 大，因此對鋼的淬透性要求高，熱處理后要求變形小。預硬型鋼材在機械加工前進行了預硬處理，機械加工后不再進行熱處理，以防止熱處理變形。常選用的鋼號有SM3Cr2Mo、SM3Cr2NiMnMO、SM1、PMS、8CrMn等。      
        (4)根據塑料制品形狀復雜程度選用模具材料。如果塑料制品的形狀簡單、生產批量小，可選用SM45、SM50、SM55鋼經調質處理即可，對形狀復雜的可選用預硬化鋼或時效硬化鋼,SM3Cr2MoSM3Cr2NiMnMo42CrMo38CrMoA15NiSCaSMJr  8Cr2S及PMS等。               (5)塑料模具中其它零件的選用。
   塑料模具中的其它零件，如頂桿、拉料桿、各種模板、頂出板、固定支架等，其拋光性、耐腐蝕性等要求較模具本身的要求低，一般可選用與模具本身材料相同或性能稍低的常用模具材料，經過合理的熱處理即可。這樣既能達到使用要求，又能降低模具成本。

4 結束語

       由于塑料的品種不同、性能各異，而塑料制品的尺寸、形狀復雜程度、精度、表面粗糙度值和生產批量等各方面的要求不同，因此塑料模具鋼的選擇和應用應根據模具的生產條件和模具的工作條件的需要，結合模具材料的基本性能和相關因素來選擇符合模具需要、經濟上合理、技術上先進的模具材料，從而提高塑料產品的質量和模具的使用水平。隨著塑料工業生產的飛速發展，塑料模具鋼材料的發展也會達到一個新的水平。