塑料模具材料選用

1.塑料模具的工作條件與性能要求1.1塑料模具材料的使用性能要求

1.2塑料模具材料的工藝性能要求 2.塑料模具材料的選用

2.1滲碳型塑料模具用鋼

2.2淬硬型塑料模具用鋼 2.3預(yù)硬型塑料模具用鋼

2.4時效硬化型塑料模具鋼

2.5耐蝕塑料模具鋼

2.6其它塑料模具材料 塑料模具材料選用目錄

重點(diǎn)

1.了塑料模具材料的服役條件、失效特點(diǎn)和性能要求

2.合理地選擇塑料模具材料及熱處理工藝

塑料模具用鋼及適應(yīng)的工作條件鋼的類型牌號適應(yīng)的工作條件滲碳鋼12CrNi2、12CrNi3A、20Cr、20CrMnMo、20Cr2Ni4A生產(chǎn)批量較大，承受較大動載荷，受磨損較重的模具10、20生產(chǎn)批量較小，精度要求不高，尺寸不大的模具調(diào)質(zhì)鋼45、553Cr2Mo、40CrNiMoA、40CrNi2Mo、40CrMnMo、45CrNiMoVA、5CrNiMo、5CrMnMo、40Cr、4Cr5MoVSi、4Cr5MoV1Si、35SiMn2MoVA大型、復(fù)雜、生產(chǎn)批量較大的塑料注射或擠壓成型模高碳工具鋼Cr12、Cr12MoV、CrWMn、9Mn2V、9CrWMn、Cr6WV、Cr4W2MoV、GCr15、SiMnMo熱固性塑料模具，生產(chǎn)批量較大，精度要求高及要求高強(qiáng)度、高耐磨的塑料注塑模耐蝕鋼4Cr13、9Cr18、9Cr18MoV、Cr14Mo、Cr14MoV要求耐腐蝕及表面要求較高的模具沉淀硬化不銹鋼17-7PH、PH15-7Mo、PH14-8Mo、AM-355馬氏體Ni18Co8Mo5TiA1、Ni20Ti2A1Nb、Ni25Ti2A1Nb、Cr5Ni12Mo3TiA1復(fù)雜、精密、耐磨、耐腐蝕、超鏡面的模具1.塑料模具的工作條件與性能要求塑料模具材料應(yīng)具有的性能包括使用性能和工藝性能兩方面。

1.1塑料模具材料的使用性能要求

1.硬度、耐磨性和耐蝕性

2.強(qiáng)度、韌性和疲勞強(qiáng)度:注射壓力30~200MPa，閉模壓力1.5~2倍

3.耐熱性：20~350℃

4.尺寸穩(wěn)定性5.導(dǎo)熱性

1.2塑料模具材料的工藝性能要求

1.切削加工性和表面拋光性：預(yù)硬35~45HRC后切削加工

2.塑性加工性：冷擠壓成型，超塑性熱擠壓成型

3.電加工性：電火花、線切割加工

4.熱處理工藝性

4.表面處理工藝性

6.表面刻蝕性能和鏡面加工性能：非金屬夾雜物、基體硬度、組織均勻性的影響7.焊接性能

1.塑料模具的工作條件與性能要求表4-1常用塑料的成型條件

中文名稱低密度聚乙烯硬質(zhì)聚氯乙烯聚丙烯聚苯乙烯丙烯腈-丁二烯-苯乙烯英文縮寫LDPEPVCPPPSABS烘料溫度/℃70~8070~9080~10060~7580~85料筒溫

度/℃前段170~200170~190200~220170~190180~200中段—165~180180~200—165~180后段140~160160~170160~180140~160150~170模具溫度/℃60~7030~6080~9032~6550~80注射壓力/MPa60~10080~13070~10060~11060~100說明高壓聚乙烯成型條件除了模溫宜為35~55℃外，其他均與低壓聚乙烯相似——丁苯橡膠改性以及甲基丙烯酸甲酯改性的聚苯乙烯成型條件與上相似該成型條件為加工通用級ABS塑料時所用，苯乙烯一丙烯腈共聚物(AS)成型條件與上相似2.塑料模具材料的選用

2.1模具材料選擇的基本要求（1）綜合性能優(yōu)良

一定的硬度和耐磨性：使模具能夠保持其形狀和尺寸的穩(wěn)定;

足夠的強(qiáng)度和韌性：能承受一定的高壓又能承受一定沖擊載荷的作用;

一定的抗熱性能：承受因強(qiáng)烈的摩擦而產(chǎn)生的局部高溫。

（2）工藝性能良好

良好的冷、熱加工性能及熱處理工藝性能，制造簡單方便

2.2模具材料選擇時應(yīng)考慮的因素

（1）模具的工作條件壓力的大小、沖擊載荷的大小、工作溫度及腐蝕情況等。

（2）模具的失效形式

塑性變形失效、磨損失效、疲勞及斷裂失效。

（3）模具所加工的產(chǎn)品

塑料的種類、批量的大小、質(zhì)量的高低、（4）模具的結(jié)構(gòu)

模具的大小、形狀、模具工件的工作性質(zhì)等。（5）模具的制造工藝

（6）現(xiàn)有的設(shè)備及技術(shù)水平2.塑料模具材料的選用2.1幾種典型塑料模具材料2.1.1滲碳型塑料模具用鋼2.1.2淬硬型塑料模具用鋼2.1.3預(yù)硬型塑料模具用鋼2.1.4時效硬化性塑料模具用鋼2.1.5耐蝕型塑料模具用鋼2.1.6調(diào)質(zhì)及其他塑料模具材料塑料模具用鋼有哪六種？

2.1幾種典型塑料模具材料表4-2塑料模具用鋼分類類別鋼

種類

別鋼種滲碳型20,20Cr,20Mn,12CrNi3A,20CrNiMo,DT1,DT2，0Cr4NiMoV預(yù)硬型3Cr2Mo，3Cr2NiMo，5NiSCa，Y55CrNiMnMoV(SM1),4Cr5MoSiVS,8Cr2S，8Cr2Mn.WMoVS(8CrMn)調(diào)質(zhì)型SM45,SM50,SM55,45,50,55,40Cr，40Mn，50Mn，S48C，4Cr5MoSiV，38CrMoAlA耐蝕型3Cr13,2Cr13,0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR),1Cr18Ni9,3Cr17Mo,0Cr17Ni4Cu4Nb(74PH)淬硬型T7A,T8A,T10A,5CrNiMo,9SiCr,9CrWMn,GCr15,3Cr2W8V,Cr12MoV,45Cr2NiMoVSi,6CrNiSiMnMoV(GD)時效硬化型18Nil40級，18N1170級，18Ni210級,10Ni3MnCuAlMoS(PMS)，18Ni9Co,06Ni6CrMoVTiAl，25CrNi3MoAlY20CrNi3AlMnMo(SM2)2.1幾種典型塑料模具用鋼

2.1.1滲碳型塑料模具用鋼

主要用途：采用冷擠壓成型法制造塑料模具。性能要求：高的塑性和低的變形抗力化學(xué)成分：低的或超低的碳含量工藝路線：冷擠壓成型→滲碳→淬火→回火表面硬度：58～62HRC常用牌號：20，20Cr，20Mn，12CrNi3A，20CrNiMo，DT1，DT2，0Cr4NiMoV國外鋼號：8416（瑞典）、P2、P4(美國)重點(diǎn)介紹：0Cr4NiMoV(LJ)鋼、12CrNi3A鋼（一）

0Cr4NiMoV(LJ)鋼

1.

化學(xué)成分：表3-3

LJ鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

（%）

C

Mn

Si

Cr

Ni

Mo

V

≤0.08＜0.3

＜0.2

3.6～4.2

0.3～0.70.2～0.60.08～0.15

該鋼含碳量很低，因而塑性優(yōu)異、變形抗力低。鋼中主加元素為鉻，輔加元素為鎳、鉬、釩等，合金元素的主要作用是提高淬透性和滲碳能力，增加滲碳層的硬度和耐磨性以及心部的強(qiáng)韌性。

2.1幾種典型塑料模具用鋼

2.1.1滲碳型塑料模具用鋼

2.工藝性能：LJ鋼具有良好的鍛造性能和熱處理工藝性。

鍛造：加熱1230℃，始鍛：1200℃，終鍛：900℃。退火：加熱880℃×2ｈ，爐冷至650℃出爐空冷

硬度100～105HBS，可順利進(jìn)行冷擠壓成形。

滲碳：930℃×(6～8)ｈ,LJ鋼滲碳速度快，滲層比20鋼深一倍。淬火：850～870℃油淬回火：200～220℃×2ｈ

表面58～60HRC，心部27～29HRC，變形微小。3.實(shí)際應(yīng)用：用冷擠壓法成形制造塑料模具

LJ鋼冷成形性與工業(yè)純鐵相近，模具型腔輪廓清晰、光潔、精度高。LJ鋼主要用來替代10、20鋼及工業(yè)純鐵等冷擠壓成形的精密塑料模。由于滲碳淬硬層較深，基體硬度高，不會出現(xiàn)型腔表面塌陷和內(nèi)壁咬傷現(xiàn)象，使用效果良好。

（二）12CrNi3A鋼

1.化學(xué)成分：中淬透性合金滲碳鋼該鋼含碳量低，加入鎳、鉻合金元素，以提高鋼的淬透性和滲碳層的強(qiáng)韌性，尤其是鎳，在產(chǎn)生固溶強(qiáng)化的同時，明顯增加鋼的塑韌性。與其它冷成形塑料模具鋼相比，該鋼的冷成形性屬于中等。

表3-4

12CrNi3A鋼的化學(xué)成分

（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）

CSiMnCrNiP、S0.09～0.160.17～0.370.30～0.600.60～0.902.75～3.25≤0.0252.工藝性能：鍛造工藝：加熱1200℃，始鍛1150℃，終鍛850℃退火工藝：740～760℃×4～6ｈ,以5～10℃／ｈ的速度緩冷至600℃，再爐冷至室溫硬度＜160HBS，適于冷擠壓成形。

正火工藝：870～900℃×

3～4ｈ后空冷硬度≤229HBS，切削加工性良好。

氣體滲碳：900～920℃×

6～7ｈ滲碳層：0.9～1.0ｍｍ淬火工藝：滲碳后預(yù)冷至800～850℃直接油淬或空冷表層硬度：56～62HRC心部硬度：250～380HBS，變形微小。3.

實(shí)際應(yīng)用：

冷擠壓成形的形狀復(fù)雜的淺型腔塑料模具大、中型切削加工成形的塑料模具為了改善切削加工性，模坯須經(jīng)正火處理，

2.1.2淬硬型塑料模具用鋼

1.常用鋼種碳素工具鋼：T7A、T8A高碳低合金冷作模具鋼：9SiCr、9Mn2V、CrWMn、GCr15、7CrSiMnMoV高耐磨冷作模具鋼：Cr12、Cr12MoV高速鋼：W6Mo5Cr4V2基體鋼和某些熱作模具鋼：65Nb等2.

熱處理淬火+低溫回火（少數(shù)采用中溫回火或高溫回火）硬度：45～50HRC

2.1幾種典型塑料模具材料3.實(shí)際應(yīng)用

碳素工具鋼：尺寸較小、受力較小、形狀簡單、精度要求不高的塑料模具;低合金冷作模具鋼：尺寸較大、形狀較復(fù)雜、精度較高的塑料模具;Cr12型鋼：高耐磨性的大型、復(fù)雜和精密的塑料模具;基體鋼和熱作模具鋼：較高強(qiáng)韌性和一定耐磨性的塑料模具。

GD鋼：新的淬硬型塑料模具鋼。該鋼強(qiáng)韌性高、淬透性和耐磨性好，淬火變形小，價格低。取代Cr12MoV鋼或基體鋼制造大型、高耐磨、高精度塑料模具，不僅降低了成本，而且提高了模具的使用壽命。

2.1幾種典型塑料模具材料2.1.3預(yù)硬型塑料模具用鋼預(yù)硬鋼：就是供應(yīng)時已預(yù)先進(jìn)行了熱處理，并使之達(dá)到模具使用態(tài)硬度的鋼。特點(diǎn)：在硬度30～40HRC的狀態(tài)下可以直接進(jìn)行成型車削、鉆孔、銑削、雕刻、精銼等加工，精加工后可直接交付使用，這就完全避免了熱處理變形的影響，從而保證了模具的制造精度。典型鋼種：3Cr2Mo（P20）鋼

3Cr2NiMo（P4410）鋼

8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）鋼

5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）鋼Y55CrNiMnMoV（SM1）鋼

1.3Cr2Mo（P20）鋼

3Cr2Mo鋼是引進(jìn)的美國塑料模具鋼常用鋼號。（1）化學(xué)成分及相變點(diǎn)表3-5

3Cr2Mo鋼的化學(xué)成分

（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）CSiMnCrMoP、S0.28～0.400.20～0.800.60～1.001.40～2.000.30～0.55≤0.030相變點(diǎn)：Ａc1=770℃，Ac3=825℃，Ar1=640℃，Ar3=760℃，

Ｍs=300℃，Ｍf=120℃。（2）工藝性能˙鍛造：加熱1100～1150℃，始鍛1050～1100℃，

終鍛≥850℃，鍛后空冷。˙退火：850℃×2～4h+720℃×4～6h，500℃出爐空冷。˙淬火及回火：860～870℃油淬，540～580℃回火。

預(yù)硬態(tài)硬度為30～35HRC。˙化學(xué)熱處理：滲碳淬火后表面硬度可達(dá)65HRC

具有較高的熱硬度及耐磨性。

1.3Cr2Mo（P20）鋼（3）力學(xué)性能表3-6

P20鋼室溫力學(xué)性能(850℃淬火，550℃回火)硬度HRCσb/Mpaσ0.2/MPaδ5(%)ψ(%)αk/(J/cm2)3012501140145811.5（4）實(shí)際應(yīng)用制造大型塑料模具：電視機(jī)的外殼模具、洗衣機(jī)面板蓋模具其切削加工性能及拋光性能均顯著優(yōu)于45鋼，在相同拋光條件下，表面粗糙度比45鋼低1～3級。制造電視機(jī)外殼塑料模具，成型24萬模次，模具仍完好無損。1.3Cr2Mo（P20）鋼2.

3Cr2NiMo（P4410）鋼

（1）化學(xué)成分及相變點(diǎn)3Cr2NiMo鋼是3Cr2Mo鋼的改進(jìn)型。國內(nèi)試制的P4410鋼(瑞典生產(chǎn)的718鋼)表3-7

P4410的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

（%）CMnSiCrMoNiPS0.28～0.400.60～1.000.20～0.801.40～2.000.30～0.550.80～1.20≤0.020≤0.015相變點(diǎn):Ac1=725℃,Ac3=810℃,Ms=280℃。(2)生產(chǎn)工藝堿性平爐粗煉→真空脫氣、鋼包噴粉精煉→水壓機(jī)鍛造→粗加工→超聲波探傷→調(diào)質(zhì)熱處理→檢驗出廠。鋼材潔凈度較高，組織細(xì)密，鏡面拋光性能好，表面粗糙度可達(dá)Ra0.05～0.025μm。(3)性能特點(diǎn)表3-8

P4410鋼的力學(xué)性能(860℃淬火，650℃回火)試驗溫度/℃σb/MPaσs/MPaδ(%)ψ(%)αk/(J/cm2)HRC室溫1120102016619635200100688213.656——40088281114.067——2.

3Cr2NiMo（P4410或瑞典718）鋼(3)性能特點(diǎn)2.

3Cr2NiMo（P4410）鋼預(yù)硬態(tài)硬度值為32～36HRC。不需退火，可直接進(jìn)行車、銑、磨等加工。不需淬火回火，可直接使用，沒有熱處理變形。(4)應(yīng)用

適于制造：大型、復(fù)雜、精密塑料模具。

進(jìn)一步提高模具壽命的方法：化學(xué)熱處理：滲氮、滲硼火焰局部加熱淬火：800～825℃，空冷或壓縮空氣冷卻，56～62HRC表面鍍鉻：表面硬度可由370～420HV提高到1000HV，顯著提高模具的耐磨性和耐蝕性。補(bǔ)焊：修補(bǔ)，焊接質(zhì)量良好，可以進(jìn)行加工。3.8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）鋼

由華中科技大學(xué)、首鋼等單位研制的易切削精密塑料成形模具鋼，是為適應(yīng)精密塑料模和薄板無間隙精密沖裁模之急需而設(shè)計的。

表4-98Cr2S鋼的化學(xué)成分CSiMnCrMoWVS0.75~0.85≤0.401.30~1.702.30~2.600.50~0.800.70~1.100.10~0.250.08~0.15（1）鋼的特點(diǎn)淬透性好,熱處理變形?。嚎绽浯阌仓睆溅?00mm以上，空淬硬度為61.5～62HRC，當(dāng)860～900℃淬火，160～300℃回火時，軸向總變形率＜0.09%，徑向總變形率＜0.15%。切削性能好：退火硬度為207～239HBS，切削加工時，可比一般工具鋼縮短加工工時1/3以上。硬態(tài)40～45HRC時，用高速鋼或硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行車、銑、刨、鏜、鉆等加工，相當(dāng)于碳鋼調(diào)質(zhì)態(tài)，硬度為30HRC左右的切削性能，遠(yuǎn)優(yōu)于Cr12MoV鋼退火態(tài)硬度為240HBS時的切削性能。鏡面研磨拋光性好：采用相同的研磨加工，其表面粗糙度比一般合金工具鋼低1～2級，最低表面粗糙度為Ra0.1μm。表面處理性能好：滲氮性良好，滲氮層達(dá)0.2～0.3mm，滲硼附著力強(qiáng)。（2）應(yīng)用

8Cr2S作為預(yù)硬鋼適宜于制作各種類型的塑料模、膠木模、陶土瓷料模以及印制板的沖孔模。該鋼種制作的模具配合精密度較其它合金工具鋼高1～2個數(shù)量級，表面粗造度低1～2級，使用壽命普遍高2～3倍，有的高十幾倍。3.8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）鋼4.5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）鋼

易切削高韌性塑料模具鋼在預(yù)硬態(tài)（35～45HRC）韌性和切削加工性良好；鏡面拋光性能好，表面粗糙度低，可達(dá)Ra0.2～0.1μm，使用過程中表面粗糙度保持能力強(qiáng)；花紋蝕刻性能好，清晰，逼真；淬透性好，可作型腔復(fù)雜、質(zhì)量要求高的塑料模。該鋼在高硬度下（50HRC以上），熱處理變形小，韌性好，并具有較好的阻止裂紋擴(kuò)展的能力。表3-9

5NiSCa鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）CCrNiMnMoVSCa0.570.891.031.190.520.260.0280.0036加熱時相變點(diǎn)695～735℃，冷卻時相變點(diǎn)378～305℃，Ms220℃。4.5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）鋼

易切削高韌性塑料模具鋼（1）化學(xué)成分及相變點(diǎn)4.5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）鋼

易切削高韌性塑料模具鋼（2）工藝性能①鍛造：加熱1100℃，始鍛1070～1100℃，終鍛850℃，鍛后砂冷。②球化退火：770℃×3h+660℃×7h，爐冷到550℃出爐空冷。退火硬度≤241HBS，加工性能良好。③淬火：880～900℃，小件取下限，大件取上限，油冷或260℃硝鹽分級淬火。（3）力學(xué)性能采用了S-Ca復(fù)合易切削系和噴射冶金技術(shù)，硫化物的分布比較均勻,有高的淬透性和鏡面拋光性，模具硬度為35~45HRC時，可順利進(jìn)行各種加工。

5NiSCa鋼經(jīng)880℃和900℃淬火后的力學(xué)性能，見表3-10所列。4.5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）鋼（3）力學(xué)性能表3-10

5NiSCa鋼不同溫度淬火及回火后的力學(xué)性能淬火/℃回火/℃σ0.2/Mpaσb/MPaσbc/MPaδ(%)ψ(%)Αk/(J/cm2)HRC8805751240.71274.01271.18.842.146.145.56251240.71274.01271.18.842.146.1396501008.41045.71011.49.045.356.8369005751364.21430.81442.67.939.642.1476251252.41291.61355.38.341.74941.56501061.31084.91110.310.547.066.6374.5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）鋼（4）生產(chǎn)應(yīng)用制造型腔復(fù)雜、型腔質(zhì)量要求高的塑料模具注射模壓縮模橡膠模印制板沖孔模收錄機(jī)、收音機(jī)外殼、后蓋、面板、音窗；洗衣機(jī)上蓋、電視機(jī)前框鑲塊，后蓋等等注塑模，各種印刷線路板凹模，汽車密封O型圈、油封等橡膠模。上述模具中有的用5NiSCa已經(jīng)代替了進(jìn)口模具材料，有的模具壽命比45鋼提高了3～5倍，同時加快了制模周期，改善了塑料制品外觀質(zhì)量。曾在全國第二屆發(fā)明展覽上獲發(fā)明四等獎。表3-11

SM1鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

(%)CMnSPCrNiMoVSi0.50～0.600.80～1.200.080～0.150＜0.0300.80～1.201.00～1.500.20～0.500.10～0.30＜0.40相變點(diǎn)：

Ac1=712℃、Ac3=772℃、Ｍs=290℃。5.Y55CrNiMnMoV（SM1）鋼

SM1屬易切削調(diào)質(zhì)型預(yù)硬化塑料模具鋼，預(yù)硬態(tài)交貨，預(yù)硬硬度為35～40HRC。易切削效果明顯、性能穩(wěn)定、綜合性能明顯優(yōu)于45鋼，還具有耐蝕性較好和可滲氮等優(yōu)點(diǎn)。（1）化學(xué)成分及相變點(diǎn)5.Y55CrNiMnMoV（SM1）鋼

（2）工藝性能①鍛造：鍛造性能良好，鍛造無特殊要求。②軟化處理：800℃×3ｈ+680℃×

5ｈ，硬度≤235HBS。③淬火、回火：800～860℃加熱油淬，600～650℃回火

σb/MPaσ0.2/Mpaδ5(%)ψ(%)Αk/(J/cm2)硬度HRC117698015454435表3-12

SM1鋼的力學(xué)性能（3）工藝性能5.Y55CrNiMnMoV（SM1）鋼

（4）實(shí)際應(yīng)用Y55CrNiMnMoV鋼生產(chǎn)工藝簡便易行，性能優(yōu)越穩(wěn)定，使用壽命長。經(jīng)電子、儀表、家電、玩具、日用五金等行業(yè)推廣應(yīng)用，效果顯著。成分特點(diǎn)：碳含量低、合金度較高熱處理特點(diǎn)：固溶處理（溫度高）+時效（溫度低）性能特點(diǎn)：固溶處理后，硬度低HRC30左右，可機(jī)械成型加工

。低溫時效處理，析出彌散合金化合物，獲高硬度，這就有效地保證了模具最終尺寸和形狀的精度。

介紹幾種時效硬化型塑料模具用鋼。

25CrNi3MoAl鋼

18Ni類鋼

06Ni6CrMoVTiAl（06Ni）鋼

10Ni3MnCuAlMoS（PMS）鏡面塑料模具鋼

Y20CrNi3AlMnMo（SM2）鋼

2.1幾種典型塑料模具材料

2.1.4時效硬化型塑料模具用鋼

1.25CrNi3MoAl鋼

25CrNi3MoAl屬低鎳無鈷時效硬化鋼，這是參考了美國P21鋼的成分，并根據(jù)我國冶煉工業(yè)的特點(diǎn)及使用廠對性能的要求加以改進(jìn)而研制的一種新型時效硬化鋼，為我國時效硬化型精密塑料模具專用鋼種填補(bǔ)了空白。（低鎳無鈷，價格遠(yuǎn)低于馬氏體時效鋼-06Ni6CrMoVTiAl和18Ni系列鋼

）

（1）化學(xué)成分及相變點(diǎn)25CrNi3MoAl鋼的化學(xué)成分見表3-13。2.1幾種典型塑料模具材料

2.1.4時效硬化型塑料模具用鋼

表3-13

25CrNi3MoAl鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù))（%）

CCrNiMoAlSiMnS、P0.2～0.31.2～1.83.0～4.00.2～0.41.0～1.60.2～0.50.5～0.8≤0.03

相變點(diǎn)Ac1≈740℃，Ac3≈780℃，Ms≈290℃。（2）力學(xué)性能①硬度：25CrNi3MoAl鋼經(jīng)不同溫度固溶及時效處理后的硬度分別見表3-14及表3-15。25CrNi3MoAl鋼（1）化學(xué)成分和相變點(diǎn)表3-14

25CrNi3MoAl鋼經(jīng)不同溫度（保溫30min）固溶處理后的硬度

加熱溫度/℃8809209601000硬度HRC4948.546.445.6880℃水冷(馬氏體)后49HRC，經(jīng)過680℃×4~6h高溫回火（回火馬氏體，不析出Ni3Al相），軟化至22~23HRC后，進(jìn)行機(jī)械加工。表3-15

25CrNi3MoAl鋼時效處理（20~24h，析出NiAl相）后的硬度

時效溫度/℃500520540硬度HRC35.5～3839～4139～42（2）室溫力學(xué)性能：25CrNi3MoAl鋼經(jīng)880℃固溶，680℃回火，540℃時效處理8ｈ后的力學(xué)性能見表3-16。表3-16

25CrNi3MoAl鋼的室溫力學(xué)性能

HRCσb/Mpaσs/MPaδ(%)ψ(%)αk①/(J/cm2)39～421260～13501170～120013～16.855～5945～52

①

αk值為夏比U形試樣沖擊韌度值。（3）熱處理工藝①一般精密塑料模具：淬火→高溫回火→機(jī)加工成形→時效處理→研磨、拋光或光刻花紋→裝配使用淬火：880℃，空冷或水冷，48～50HRC高溫回火:680℃×4～6ｈ，空冷或水冷，22～23HRC經(jīng)機(jī)加工成形時效處理:520～540℃×6～8ｈ，空冷，39～42HRC研磨、拋光或光刻花紋后裝配使用。變形率為-0.039％。②高精密塑料模具：淬火→高溫回火→機(jī)加工成形→去應(yīng)力退火→時效處理→研磨、拋光或光刻花紋→裝配使用研磨、拋光或光刻花紋→裝配使用淬火：880℃，空冷或水冷，48～50HRC高溫回火:680℃×4～6ｈ，空冷或水冷，22～23HRC經(jīng)粗加工和半精加工去應(yīng)力退火：650℃×1ｈ，消除殘留內(nèi)應(yīng)力，再精加工。時效處理:520～540℃×6～8ｈ，空冷，39～42HRC研磨、拋光或光刻花紋后裝配使用。變形率為-0.01%～-0.02%。③沖擊韌度要求不高的塑料模具：鍛坯退火后直接經(jīng)粗加工、精加工，進(jìn)行520～540℃、6～8ｈ的時效處理，再經(jīng)研磨、拋光及裝配使用。經(jīng)此處理后，模具硬度40～43HRC，時效變形率≤0.05%。④冷擠型腔工藝的塑料模具：模具鍛坯經(jīng)軟化處理后，即對模具擠壓面進(jìn)行加工、研磨、拋光。然后對冷擠壓模具型腔和模具外形進(jìn)行修整，最后對模具進(jìn)行真空時效處理或表面滲氮處理后再裝配使用（4）特點(diǎn)及應(yīng)用

綜上所述，25CrNi3MoAl鋼有如下特點(diǎn)：①鋼中含鎳量低，價格遠(yuǎn)低于馬氏體時效鋼，也低于超低碳中合金時效鋼。②調(diào)質(zhì)硬度為230～250HBS，常規(guī)切削加工和電加工性能良好。時效硬度為38～42HRC，時效處理及滲氮處理溫度范圍相當(dāng)，且滲氮性能好，滲氮后表層硬度達(dá)1000HV以上，而心部硬度保持在38～42HRC。③鏡面研磨性好，表面粗糙度可在Ra0.2～0.025μm，表面光刻浸蝕性好，光刻花紋清晰均勻。④焊接修補(bǔ)性好，焊縫處可加工，時效后焊縫硬度和基體硬度相近。25CrNi3MoAl鋼可用以制作普通及高精密塑料模具，經(jīng)十多家工廠試用，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著。

2.18Ni類鋼

00Ni18Co8Mo3TiAl（140級）00Ni18Co8Mo5TiAl（170級）00Ni18Co9Mo5TiAl（210級)00Ni18Co12Mo4Ti2Al這類鋼屬于低碳馬氏體時效鋼，其成分和力學(xué)性能見表3-17。表3-17

18Ni類鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能18Ni鋼級化學(xué)成分（w，％）熱處理工藝σs/MPaσb/MPaδ(%)ψ(%)硬度HRCNiCoMoTiAl140級17.5～18.58～93.0～3.50.15～0.250.05～0.15815℃±10℃固溶處理1h空冷，經(jīng)480℃±10℃時效3h，空冷1350～14501400～155014～1665～7046～48170級17～197.0～8.54.6～5.20.3～0.50.05～0.151700～19001750～195010～1248～5850～52210級18～198.0～9.54.6～5.20.55～0.800.05～0.152050～21002100～2150126053～55

馬氏體時效鋼碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)極低（約0.03%），目的是改善鋼的韌性。因這類鋼的屈服強(qiáng)度有1400MPa，1700MPa，2100MPa三個級別，可分別簡寫為18Ni140級、18Ni170級和18Ni210級，也分別對應(yīng)國外的18Ni250級、18Ni300級和18Ni350級。18Ni馬氏體時效鋼中起時效硬化作用的合金元素是鈦、鋁、鈷，鉬。18Ni中加入大量的鎳，主要作用是保證固溶體淬火后能獲得單一的馬氏體，其次Ni與Mo作用形成時效強(qiáng)化相Ni3Mo，鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%以上，還能提高馬氏體時效鋼的斷裂韌度。

18Ni類鋼主要用在精密鍛模及制造高精度、超鏡面、型腔復(fù)雜、大截面、大批量生產(chǎn)的塑料模具。但因Ni、Co等貴重金屬元素含量高，價格昂貴，尚難以廣泛應(yīng)用。3.06Ni6CrMoVTiAl（06Ni）鋼

06Ni6CrMoVTiAl鋼屬低鎳馬氏體時效鋼。該鋼突出優(yōu)點(diǎn)是熱處理變形小，拋光性能好，固溶硬度低，切削加工性能好，具有良好的綜合力學(xué)性能以及滲氮、焊接性能。因為合金含量低，其價格比18Ni型馬氏體時效鋼低得多。(1)化學(xué)成分及相變點(diǎn)低碳馬氏體時效鋼的硬化機(jī)理是在馬氏體基體中析出金屬間化合物而產(chǎn)生硬化，這首先要求低含碳量，并含有時效硬化元素，以提高鋼的時效硬度。06鋼化學(xué)成分見表3-18所示。表3-18

06Ni6CrMoVTiAl鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù))（%）

CNiCrMoTiAlVMnSiP、S0.065.5～6.51.3～1.60.9～1.20.9～1.30.6～0.90.08～0.16≤0.5≤0.6≤0.03

相變點(diǎn)Ac1=705℃、Ac3=836℃、Ar1=425℃、Ar3=525℃、Ms=512℃、Mf=395℃。(2)熱加工工藝①鍛造：加熱1100～1150℃，終鍛≥850℃，鍛后空冷。②軟化退火：680℃高溫回火③固溶處理：固溶處理可以利用鍛軋后快速冷卻實(shí)現(xiàn)，也可以把鋼材加熱到固溶溫度之后油冷或空冷實(shí)現(xiàn)。820℃固溶后，空冷硬度為26～28HRC，

油冷硬度為24～25HRC，

水冷硬度為22～23HRC。

固溶后冷速越快，硬度越低，但時效后硬度值卻更高。06Ni鋼的時效硬度比18Ni類高合金馬氏體時效鋼固溶硬度（28～32HRC）低，故而切削加工性能優(yōu)于高合金馬氏體時效鋼。推薦的固溶處理工藝：固溶溫度800～880℃，保溫1～2ｈ，油冷。④時效處理：500～540℃，4～8ｈ，硬度為42～45HRC。（3）力學(xué)性能表3-19

06鋼室溫和高溫力學(xué)性能

試驗溫度/℃σb/Mpaσ0.2/MPaδ(%)Ψ(%)Αk/(J/cm2)室溫147814229.337.23.4100————15032001292126211.254.236.83001238119710.553.341.74001153112813.756.551.9

由表3-19可見，隨著試驗溫度的增加，雖然鋼的強(qiáng)度有所下降，但塑性和韌性都迅速增加。在使用溫度狀態(tài)下，鋼的韌性有較大增加。（4）實(shí)際應(yīng)用馬氏體時效鋼06Ni6CrMoVTiAl已分別應(yīng)用在化工、儀表、輕工、電器、航空航天和國防工業(yè)部門，用以制作磁帶盒、照像機(jī)、電傳打字機(jī)等零件的塑料模具，均收到很好效果。該鋼制作的錄音機(jī)磁帶盒塑料模具壽命可達(dá)200萬次以上，壓制的產(chǎn)品質(zhì)量可與進(jìn)口模具壓制的產(chǎn)品相媲美；制作收錄機(jī)磁帶盒塑料模具，其平均壽命達(dá)110萬次以上。4.10Ni3MnCuAlMoS（PMS）鏡面塑料模具鋼光學(xué)塑料鏡片、透明塑料制品以及外觀光潔、光亮、質(zhì)量高的各種熱塑性塑料殼體件成形模具，國外通常選用表面粗糙度低、光亮度高、變形小、精度高的鏡面塑料模具鋼制造。鏡面性能優(yōu)異的塑模鋼，除要求具有一定強(qiáng)度、硬度外，還要求冷熱加工性能好，熱處理變形小。特別是還要求鋼的純潔度高，以防在鏡面出現(xiàn)針孔、桔皮、斑紋及銹蝕等缺陷。PMS鏡面塑料模具鋼是一種新型的析出硬化型塑料模具鋼，具有良好的冷熱加工性能和綜合力學(xué)性能，熱處理工藝簡便，變形小，淬透性高，適宜進(jìn)行表面強(qiáng)化處理，在軟化狀態(tài)下可進(jìn)行模具型腔的擠壓成形。（1）化學(xué)成分及相變點(diǎn)PMS鋼的化學(xué)成分見表3-20，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)限制在0.2%以下，保證鋼的熱加工性能及熱處理后的韌性，Ni、Al的加入是為了保證時效硬化后鋼的硬度（40HRC左右）

表3-20

PMS鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

（%）

CSiMnNiCuAlMoP、S.0.06～0.16≤0.351.4～1.72.8～3.40.8～1.20.7～1.10.2～0.5≤0.01相變點(diǎn)Ac1675℃、Ac3821℃、Ar1382℃、Ar3517℃、Ms270℃。(2)工藝性能①鍛造：PMS鋼有良好的鍛造性能，鍛造加熱溫度1120～1160℃，終鍛溫度≥850℃，鍛后空冷或砂冷。②固溶處理：固溶處理的目的是為了使合金元素在基體內(nèi)充分溶解，使固溶體均勻化，并達(dá)到軟化，便于切削加工。經(jīng)840～850℃加熱3ｈ固溶處理，空冷后的硬度為28～30HRC。③時效處理：鋼的最終使用性能是通過回火時效處理而獲得的，鋼出現(xiàn)硬化峰值的溫度約為510℃±10℃，時效后硬度為40～42HRC。④變形率：PMS的變形率很小，收縮量＜0.05%，總變形率徑向為-0.11％～0.041％，軸向為-0.021%～0.026%，接近馬氏體時效鋼。(3)力學(xué)性能PMS鋼經(jīng)840～850℃加熱保溫空冷固溶處理，再經(jīng)510℃及530℃時效處理后的力學(xué)性能，見表3-21所示。表3-21

PMS鋼不同溫度時效后的力學(xué)性能

鋼

種時效溫度/℃硬度/HRCσb/MPaσs/MPaδ5(%)ψ(%)αk/(J/cm2)PMS鋼（含S）51042.51303.51169.11649.214.7～17.153041.41292.71194.61552.720.6PMS鋼（低S）51042.71331.91264.514.747.821.653041.81252.51191.714.655.721.6(4)實(shí)際應(yīng)用PMS鏡面塑料模具鋼適于制造各種光學(xué)塑料鏡片，高鏡面、高透明度的注射模以及外觀質(zhì)量要求極高的光潔、光亮的各種家用電器塑料模。例如電話機(jī)殼體模具，生產(chǎn)出的電話機(jī)塑料殼體制品外觀質(zhì)量達(dá)到國外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，模具使用壽命也明顯提高。又如大型雙卡收錄機(jī)注射模，生產(chǎn)出的機(jī)殼外觀質(zhì)量高，原用45鋼制造注射模，模具壽命15萬模；而PMS鋼制造的注射模，壽命達(dá)40萬模。PMS鋼是含鋁鋼，其滲氮性能好，時效溫度與滲氮溫度相近，因而，可以在滲氮處理的同時進(jìn)行時效處理。滲氮后模具表面硬度、耐磨性、抗咬合性均提高，可用于注射玻璃纖維增強(qiáng)塑料的精密成形模具。PMS鋼還具有良好的焊接性能，對損壞的模具可進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)。PMS鋼還適于高精度型腔的冷擠壓成形。5.Y20CrNi3AlMnMo（SM2）鋼

(1)化學(xué)成分及相變點(diǎn)Y20CrNi3AlMnMo（SM2）屬時效硬化型塑料模具鋼，其化學(xué)成分見表3-22。表3-22

SM2鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

(%)

相變點(diǎn)

Ac1=710℃、Ac3=795℃、Ms=405℃。CMnSPCrNiMoAlSi0.17~0.230.80~1.200.080~0.150<0.0300.80~1.203.00~3.500.20~0.501.00~1.50<0.40(2)工藝性能①鍛造：鍛造性能良好，鍛造無特殊要求。②軟化處理：870～930℃加熱，油冷，680～700℃高溫回火2h，油冷，硬度≤30HRC。③熱處理工藝：870～930℃加熱，油淬，680～700℃油冷，500～560℃時效。(3)力學(xué)性能經(jīng)上述處理后，SM2的力學(xué)性能見表3-23所示。表3-23

SM2鋼的力學(xué)性能

σb/MPaσ0.2/Mpaδ5(%)ψ(%)αk/(J/cm2)硬度HRC117698015455435

(4)實(shí)際應(yīng)用Y20CrNi3AlMnMo鋼生產(chǎn)工藝簡便易行，性能優(yōu)越穩(wěn)定，使用壽命長。經(jīng)電子、儀表、家電、玩具、日用五金等行業(yè)推廣應(yīng)用，效果顯著。2.1.5耐蝕型塑料模具用鋼

0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR)鋼屬于析出硬化不銹鋼，硬度為32～35HRC時可進(jìn)行切削加工。該鋼再經(jīng)460～480℃時效處理后，可獲得較好的綜合力學(xué)性能。1.PCR鋼的化學(xué)成分及相變點(diǎn)PCR鋼的化學(xué)成分見表3-24。

表3-24

PCR鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

（%）

CMnSiCrNiCuNbS、P其它≤0.07＜1.0＜1.015～173～52.5～3.50.2～0.4≤0.03添加特殊元素

相變點(diǎn)：

As=580℃，Ａf=723℃、Ｍs=85℃、Mf