塑料模具钢材及模具热处理工艺

  1.预硬塑料模具钢

  这种钢在钢厂充分锻造后制成模块，预热处理至所需硬度(一般预硬至30~35RHC）之后，供用户制模。P20（即3Cr2Mo）它是国外使用更广泛的预硬塑料模具钢，已被列入中国合金工具钢标准。自20世纪80年代以来，它已广泛应用于中国的一些工厂。718是瑞典生产的改造P20钢，较P20淬透性高，调质后可在大截面尺寸保持硬度均匀，在我国也得到了广泛的应用。

  2.预硬钢易切割

  为了提高预硬塑料模具钢的切硬塑料模具钢的切割性能。美国、日本和德国都开发了一些易切割的预硬钢。国外易切割预硬钢主要是S系，也有S-Se系、Ca系。但Se价格较贵。S易切割钢各向异性大，截面增大时硫化物偏析严重。

  我国开发了一些含硫易切割预硬塑料模具钢，如8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）和S-Ca复合塑料模具钢5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）。5NiSCa钢采用了S-Ca复合易切割系统和喷射冶金技术改善了硫化物的形态、分布和钢的各向异性，硫化物在大截面上的分布仍然相对均匀。5NiSCa钢具有高淬透性和镜面抛光性，模具硬度为35~45HRC各种加工可以顺利进行。

  3.非调质塑料模具钢

  这种钢可以在锻造和轧制后达到预硬度，有利于节约能源，降低成本，缩短生产周期。中国开发的这种钢包括：中碳锰硼空冷贝氏体钢，可用于制造塑料模具和橡胶模具；非质量调节塑料模具钢2Mn2CrVTiSCaRe(FT),钢中加入S、Ca、Re比作易切割元素S-Ca复合易切割钢具有较好的切割性能；低碳MnMoVB非调质贝氏体大截面塑料模具（B30），钢中加入S、Ca作为易切削元素，工业试生产表明400mm厚板坯热轧后空冷，硬度沿截面分布均匀。

  4.及时硬化钢

  我国开发了几种低镍及时硬化钢，经过调质后进行机械加工，然后通过及时性沉淀金属间化合物提高硬度，热处理后变形很小。及时硬化钢适用于高精度塑料模具、透明塑料模具等。

  这类钢有25CrNi3MoAl、10Ni3Mn2AlCu（PMS）和06Ni6CrMoVTiAl等钢。经过调质，这些钢的硬度是20~30HRC，可进行机械加工，再经过时效，硬度可达38~42HRC、。

  5.耐腐蚀塑料模具钢

  塑料制品以化学腐蚀塑料为原料时，模具应具有耐腐蚀性，一般采用耐腐蚀钢制造模具，此时也需要良好的耐磨性。常用的钢种是4Cr13(420)、9Cr18、17-4PH。PCR(0Cr16Ni4Cu3Nb)是我国开发的耐腐蚀塑料模具钢，综合力学性能好，耐腐蚀性好。

  6.硬质合金和钢结硬质合金

  硬合金是一种由粉末冶金制成的复合材料。硬合金硬度高，耐磨性好，弹性模量高，使用温度高。用于制造某些模具，模具的使用寿命可以提高几倍或几十倍以上。但硬合金脆，抗弯强度和韧性差，不能机械加工。硬合金作为模具材料，主要用于拉丝模具、冷挤压冷挤压和冷冲压模具。目前，我国可生产各种品牌的硬合金，基本可以满足国内市场的需求。

  为了满足微型钻头、计算机点阵打印针、精密工具等的需要，近年来，各国开发了一些微晶钻头（WC晶粒小于1微米，超细晶粒硬质合金（WC晶粒小于0.6在传统的硬质合金中，微米)，WC晶粒尺寸为1.3～1.5微米。超细晶粒硬质合金弥补了传统硬质合金的诸多不足，扩大了其应用范围，在制造耐磨、耐冲击模具方面取得了良好的效果。我国一些研究单位和硬质合金厂开发了各种品牌的微晶硬质合金和超细晶粒硬质合金。高性能超细晶粒硬质合金的开发仍然是硬质合金研究的热点。

  钢结硬质合金是以碳化物为硬质阶段，钢作为粘接阶段形成的复合材料。钢结硬质合金具有良好的耐磨性，其强度和韧性一般高于硬质合金，具有热处理、切割加工、锻造和焊接等工艺性能。模具是钢结硬质合金的主要应用领域。该材料已在20世纪60年代开发，并已开发成各种品牌的钢结硬质合金。用作模具的钢结硬质合金主要用于硬质阶段TiC和WC，钢基体主要采用低合金铬钼钢、中高合金工具钢或高速钢，如TiC系的GT35、R5、D1、T1和WC系的TLMW50、GW50、GJW50。钢结硬质合金已用于制作冷镦模、挤压模、拉伸模、冲裁摸、拉丝模、热镦模等。

  粉末冶金技术的发展和热等静压的应用导致了20世纪70年代无偏析粉末高速钢的生产和使用。其主要特点是韧性、可磨性、等向性和热处理工艺优于普通高速钢，使用寿命相对较高。未来，该技术将生产传统工艺无法生产的高碳高钒高耐磨冷模具钢。该钢具有良好的切性能和磨削性能，韧性好。模具的使用寿命类似于一些硬合金。粉末冶金高耐磨冷模具钢已在国外生产，国内研究较少。

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