干货_国内外塑料模具钢研究现状及发展趋势

点击上方↑在模具行业，请注意我们关于提醒读者和作者注意欺诈的声明已被删除。如果您需要全文，请购买杂志或在知识网络上下载塑料模具钢，主要用于制造和生产塑料产品。塑料模具的工作特点是：不仅要承受热塑料熔融液的侵蚀和磨损，还要承受氯、氟等有害气体的腐蚀。其工作环境复杂，合金元素多样，内部影响机制多样化。为了提高塑料产品的质量，扩大应用领域，塑料模具钢正朝着高精度、高效率、使用寿命长的方向发展。目前，新型塑料模具钢的发展主要有两种方式：①结合我国资源和冶金技术的实际情况，开发高性能、低成本的新钢种；②引进一些国外性能优良的钢材进行定位开发，取代昂贵的进口钢材。中国在十三五规划中明确提出，718种塑料模具钢为模具钢制造商提供高温均质化、锻造和预热处理技术的输出工艺参数。此外，基于成分、工艺、组织和服务性能的研究，开发了大截面、高均匀、节能贝氏体预硬塑料模具钢和高抛光、易切割、耐腐蚀镜塑料模具钢。国内外塑料模具钢概况1现代工业，模具领先，瑞典、德国、日本、法国、技术先进、模具钢品种齐全，形成了几个世界知名品牌，除了熟悉瑞典、日本类似企业、德国葛利兹、欧洲进口、日本高周波、日立金属、瑞典斯堪纳集团也在行业中闻名。与欧洲和美国**相比，中国的模具钢研究起步较晚。一开始，没有特殊的塑料模具钢系列，选择了更多的钢种，包括20钢、45钢等碳结构钢，T8钢、T10钢等碳工具钢，40Cr、38CrMoAl等合金结构钢，Cr12等合金工具钢，甚至H13一般模具钢，由于不是专用钢，使用寿命短，消耗大，模具成型产品质量低。虽然自20世纪90年代以来，我国塑料模具钢一直处于高速追赶状态，但仍存在以下三个主要问题：①低端产品市场供过于求。由于低端产品市场准入门槛低，国内生产企业在市场竞争中陷入恶性竞争；②同类高端产品严重依赖进口，进口产品价格达到国内同类产品3~6倍；③大多数国内特钢企业在生产设备和技术应用上无法实现对产品的长期稳定控制，不同批次产品质量参差不齐。大截面和高均匀塑料模具钢2用作大截面模具P20钢更初是美国提出的，属于中碳Cr-Mo塑料模具钢包括1.85%Cr、1.30%Mn、0.40%Mo等合金元素能保证淬透性。目前，大型塑料制品包括家电外壳、汽车中控台等，其更大尺寸是600mm以上，为了使如此大的模块整体硬度均匀，必须进一步提高淬透性，传统P20合金结构钢不能满足大型塑料制品的要求。因此，基于中国标准的模具钢制造商P20在钢铁的基础上不断改进，形成企业自身的品牌，具体的品牌和成分如表1所示。KPM30由高周波推出P20改良塑料模具钢P20其硬度、切削性能和淬透性均优于钢。在相同切削长度的条件下，刀具的磨损量可降低50%，厚度可降低50P0mm从试件表面到心脏的硬度均匀性显著提高。718系列包括718钢，718H钢、718HH其中8钢等P20加钢基础0.8%~1.2%的Ni，从而显著提高其韧性、塑性和耐腐蚀性。FBEAUDET进一步研究发现，在P20＋0.5%Ni钢中，加入0.35%V，在相同的组织条件下，模块的尺寸可以增加88%，试验结果也适用于718钢。葛利兹的1.2738钢的成分与718钢一致，出厂硬度为32~36HRC，可用于保险杠、仪表板、大型垃圾桶等大型模具零件。738HH钢化学成分为0.27%C、0.30%Si、1.55%Mn、1.35%Cr、1.00%Ni，以34~38HRC预硬出厂适用于保险杠、仪表板、门板等表面要求较高的大型汽车覆盖件的模具零件。在中国的十一五期间，上海大学先进的模具材料和应用技术研发团队与宝钢特钢、宏盛重工等企业共同成功试验了大型预硬塑料模具钢SDP2738。SDP2738在718钢的基础上减少Ni含量增加Mn内容，降低生产成本，采用**的空冷水冷淬技术，使模块更大厚度达到1250mm截面硬度波动≤4HRC，用于汽车前后保险杠、大型家电等模具材料，可替代进口材料718HH等待大截面预硬化塑料模具钢。上海大学开发的另一种大截面贝氏体预硬塑料模具钢SDP1(**授权:ZL2.5），生产周期比718钢缩短一半，厚度可达1100mm，成品硬度波动≤3HRC，718、2738可替代进口P20等钢，适用于家用电器大截面塑料模具、汽车内饰模具等。河来珠发明的贝氏体大截面塑料模具钢通过合金成分优化加入0.005%~0.008%N和微量Ti元素，Ti/N=3/4并控制碳含量0.20%~0.30%、轧/锻后无需调质即可获得整个截面的粒状贝氏体和良好的力学性能，模块更大厚度可达500mm。降低塑料模具制造成本，缩短模具制造周期，提高机械性能，将成为产品研发的主要趋势。鉴于上述问题，除了提高切割技术和切割工具的质量外，还必须优化模具材料本身的加工性能。为了提高预硬钢的切割性能，研究人员将其添加到钢中S、Sn、Pb、Bi、Ca、Cu、Ti、Mg等待易切割元素。国外易切割钢的研究起步较早。1920年，美国**成功开发易切割钢并成功生产。它有90多年的发展历史。目前，日本和美国占据了一半以上的国际易切割钢市场。特别是在易切割塑料模具钢领域，日本具有**优势。具有代表性的品牌和化学成分如表2所示。目前，日本高周波钢厂主要推广以下两种易切塑料模具钢：①KAP90F是H13改进型Cu易切割钢，Cu含量为

0.23%~0.28%，其他合金元素含量为0.39%C、1.00%Si、0.45%Mn、5.30%Cr、1.10%Mo、0.55%V，出厂硬度为38~42HRC，主要用作推杆和模具标准件；②KAP65(成分未公开)是的Ni-Al先进的塑料模具钢，硬度达到40HRC，主要用作精密成型产品。日本大同NAK55是S-Cu塑料模具钢易于及时切割和硬化，出厂硬度为37~43HRC，S和Cu其硬度和切削性能都很好，可用于高质量、高硬度的精密模具。CorroplastFM在德国蒂森克虏伯钢厂开发的钢材1.2085加钢基础0.1%S，提高了Mn含量降低C提高淬透性，保证耐腐蚀性。DFRIE研究发现，加工1.2085钢刀加工22个槽后，损坏严重，不能继续使用；加工CorroplastFM钢刀加工52个槽后，情况依然良好，无明显损坏，CorroplastFM优于钢的切削性能1.2085钢。葛利兹钢厂1.2312钢是在P20加约0.06%S，从而成为硫系易切塑料模具钢，交货状态为29~34HRC，更大截面尺寸约为400mm，硬度均匀性好，主要用于生产要求稍高的模架和模芯，加工性能好。1953年，中国开始研究易切割钢，首先开发易切割钢S系，随后是Ca系和Ti然后开发稀土易切割钢。Cr2MnWMoVS钢是由华中科技大学和首钢特钢联合开发的易切削精密模具钢，硫含量为0.08%~0.15%，S在钢中以MnS存在非金属夹杂物时，不仅可以降低切削力，还可以润滑刀具，延长刀具的使用寿命，如果形成低熔点FeS-Fe的共晶或MnS和FeS的固溶体，可能会产生热脆现象。叶月华等研究发现，通过控制锰硫含量比≥4可避免热脆现象，钢中硫锰全部形成MnS。此外，如果硅的切削性能受损，脱碳倾向会增加，其含量应控制在0.4%以下。P20S、P20BS、P20SRe、P20BSCa都是上世纪90年代华中科技大学研发的，都属于P20改进钢种P20BSCa合金元素为0.37%C、0.78%Si、1.43%Mn、0.

99%Cr、0.22%Mo、0.09%V、0.0023%B、0.075%S、0.0002?，其合金化的特点是添加Cr、V、微量B作为强韧性元素，有效保证淬透性和适量Mo能净化晶界，从而抑制回火脆性的发生，S-Ca在复合系统中S在易切割钢的基础上，通过适量Ca的加入，对MnS发挥夹杂物的大小和形状MnS夹杂物由条状变为纺锤状，进一步提高了切削性能和润滑效果。SDPCu是上海大学开发的塑料模具钢，其热处理工艺为淬火1030℃＋回火500~600℃，淬火硬度为35~45HRC，加入塑料模具钢Cu改进元素的方法4Cr13实现切削性能4Cr13S易切割钢的水平提高了耐腐蚀性和皮纹蚀刻性，可替代进口钢M333钢。耿鸿明等研究发现，Cu铜的产生是提高切削性能的原因-石墨复合相和复合相可以发挥固体润滑剂润滑工具的作用，在刀片上形成固体润滑膜，减少切割过程中的切割热量，减少刀具的磨损。耐腐蚀塑料模具钢4塑料产品含有大量的合成树脂和填料、填料、稳定剂、润滑剂、颜色材料等添加剂，即使在高湿度空气中也会腐蚀。目前，提高塑料模具钢耐腐蚀性的主要方法是在钢中添加Cr、N等元素。国外模具制造商通常使用马氏体不锈钢作为塑料制品的成型材料，其中420马氏体不锈钢是典型的钢材Cr13马氏体不诱钢，即2Cr13马氏体不锈钢。Cr13马氏体不锈钢是指Cr碳含量约13%，碳含量约13%（≤0.45%）低不锈钢还包括马氏体不锈钢，它添加了其他合金元素来提高不锈钢的性能。目前，占据高端不锈钢耐腐蚀钢市场的钢材多为420不锈钢及其改良型，具体品牌和化学成分如表3所示。葛利兹钢厂在420钢的基础上，结合自身优势相继开发1.2083系列和1.2316系列，1.2083钢一般退火交付，合金元素主要包括0.40%C、13%Cr，主要用于耐腐蚀塑料模具，抛光性能优异。1.2083VictoryESR和合金成分1.2083钢基本相同，但在冶金过程中采用了更先进的电渣重熔技术，可获得更干净、更均匀、更致密的钢锭1.2083钢类似，但可用于粗糙度要求较高的模具。1.2083VictoryESR＋N在1.2083VictoryESR添加到基础上0.25%V，降低了0.02%C，添加适量N，进一步提高钢材的耐腐蚀性。1.2085钢是一种耐腐蚀预硬塑料模具钢，其工厂硬度为28~33HRC，包括合金元素0.33%C、16%Cr、0.25%Ni、0.07%S，S主要用于镶嵌、模架等。大同特种钢G-STAR是1.2085钢的改良版包括合金元素0.35%C、16%Cr、1%Mo及适量的S，出厂时为预硬态31~34HRC，主要用于耐腐蚀模架模座。日立金属HPM38钢是13Cr系含Mo耐腐蚀钢，工厂状态为淬火回火，硬度为50~55HRC，主要用作磁带外壳、医疗器械、碗碟等模具。CENAl预硬不锈钢实现了耐腐蚀和抛光性能的完美结合Cr、Al、Ni等元素以CrNiAl、Cr、NiAl等形式沉淀，起到沉淀硬化的作用，常用作耐腐蚀、高镜面要求、高光无痕成型模具。MIRRAX40是耐腐蚀预硬模具钢，出厂硬度可达到360~400HB，合金元素含量为0.21%C、0.9%Si、0.45%Mn、13.5%Cr、0.2%Mo、0.25%V、0.6%Ni、适量的NoN和Ni注射模和吹塑模适用于腐蚀性塑料，能有效提高耐腐蚀性。CORRAX碳含量仅为0.03镍含量为%9.2铝含量为%1.6时效硬化@~51HRC，耐腐蚀性好。STAVAXESR它是一种耐腐蚀性好、抛光性好的塑料模具钢。研究表明，回火温度越高，耐腐蚀性越差；慢冷样品的耐腐蚀性比快冷样品差。在中国，Cr系模钢是目前应用更广泛的耐腐蚀塑料模钢，主要包括：2Cr13、3Cr13、3Cr17、4Cr13、9Cr18、1Cr17Ni2、9C r