塑料模具材料选用

1.塑料模具的工作条件与性能要求1.1塑料模具材料的使用性能要求

1.2塑料模具材料的工艺性能要求 2.塑料模具材料的选用

2.1渗碳型塑料模具用钢

2.2淬硬型塑料模具用钢 2.3预硬型塑料模具用钢

2.4时效硬化型塑料模具钢

2.5耐蚀塑料模具钢

2.6其它塑料模具材料 塑料模具材料选用目录

重点

1.了塑料模具材料的服役条件、失效特点和性能要求

2.合理地选择塑料模具材料及热处理工艺

塑料模具用钢及适应的工作条件钢的类型牌号适应的工作条件渗碳钢12CrNi2、12CrNi3A、20Cr、20CrMnMo、20Cr2Ni4A生产批量较大，承受较大动载荷，受磨损较重的模具10、20生产批量较小，精度要求不高，尺寸不大的模具调质钢45、553Cr2Mo、40CrNiMoA、40CrNi2Mo、40CrMnMo、45CrNiMoVA、5CrNiMo、5CrMnMo、40Cr、4Cr5MoVSi、4Cr5MoV1Si、35SiMn2MoVA大型、复杂、生产批量较大的塑料注射或挤压成型模高碳工具钢Cr12、Cr12MoV、CrWMn、9Mn2V、9CrWMn、Cr6WV、Cr4W2MoV、GCr15、SiMnMo热固性塑料模具，生产批量较大，精度要求高及要求高强度、高耐磨的塑料注塑模耐蚀钢4Cr13、9Cr18、9Cr18MoV、Cr14Mo、Cr14MoV要求耐腐蚀及表面要求较高的模具沉淀硬化不锈钢17-7PH、PH15-7Mo、PH14-8Mo、AM-355马氏体Ni18Co8Mo5TiA1、Ni20Ti2A1Nb、Ni25Ti2A1Nb、Cr5Ni12Mo3TiA1复杂、精密、耐磨、耐腐蚀、超镜面的模具1.塑料模具的工作条件与性能要求塑料模具材料应具有的性能包括使用性能和工艺性能两方面。

1.1塑料模具材料的使用性能要求

1.硬度、耐磨性和耐蚀性

2.强度、韧性和疲劳强度:注射压力30~200MPa，闭模压力1.5~2倍

3.耐热性：20~350℃

4.尺寸稳定性5.导热性

1.2塑料模具材料的工艺性能要求

1.切削加工性和表面抛光性：预硬35~45HRC后切削加工

2.塑性加工性：冷挤压成型，超塑性热挤压成型

3.电加工性：电火花、线切割加工

4.热处理工艺性

4.表面处理工艺性

6.表面刻蚀性能和镜面加工性能：非金属夹杂物、基体硬度、组织均匀性的影响7.焊接性能

1.塑料模具的工作条件与性能要求表4-1常用塑料的成型条件

中文名称低密度聚乙烯硬质聚氯乙烯聚丙烯聚苯乙烯丙烯腈-丁二烯-苯乙烯英文缩写LDPEPVCPPPSABS烘料温度/℃70~8070~9080~10060~7580~85料筒温

度/℃前段170~200170~190200~220170~190180~200中段—165~180180~200—165~180后段140~160160~170160~180140~160150~170模具温度/℃60~7030~6080~9032~6550~80注射压力/MPa60~10080~13070~10060~11060~100说明高压聚乙烯成型条件除了模温宜为35~55℃外，其他均与低压聚乙烯相似——丁苯橡胶改性以及甲基丙烯酸甲酯改性的聚苯乙烯成型条件与上相似该成型条件为加工通用级ABS塑料时所用，苯乙烯一丙烯腈共聚物(AS)成型条件与上相似2.塑料模具材料的选用

2.1模具材料选择的基本要求（1）综合性能优良

一定的硬度和耐磨性：使模具能够保持其形状和尺寸的稳定;

足够的强度和韧性：能承受一定的高压又能承受一定冲击载荷的作用;

一定的抗热性能：承受因强烈的摩擦而产生的局部高温。

（2）工艺性能良好

良好的冷、热加工性能及热处理工艺性能，制造简单方便

2.2模具材料选择时应考虑的因素

（1）模具的工作条件压力的大小、冲击载荷的大小、工作温度及腐蚀情况等。

（2）模具的失效形式

塑性变形失效、磨损失效、疲劳及断裂失效。

（3）模具所加工的产品

塑料的种类、批量的大小、质量的高低、（4）模具的结构

模具的大小、形状、模具工件的工作性质等。（5）模具的制造工艺

（6）现有的设备及技术水平2.塑料模具材料的选用2.1几种典型塑料模具材料2.1.1渗碳型塑料模具用钢2.1.2淬硬型塑料模具用钢2.1.3预硬型塑料模具用钢2.1.4时效硬化性塑料模具用钢2.1.5耐蚀型塑料模具用钢2.1.6调质及其他塑料模具材料塑料模具用钢有哪六种？

2.1几种典型塑料模具材料表4-2塑料模具用钢分类类别钢

种类

别钢种渗碳型20,20Cr,20Mn,12CrNi3A,20CrNiMo,DT1,DT2，0Cr4NiMoV预硬型3Cr2Mo，3Cr2NiMo，5NiSCa，Y55CrNiMnMoV(SM1),4Cr5MoSiVS,8Cr2S，8Cr2Mn.WMoVS(8CrMn)调质型SM45,SM50,SM55,45,50,55,40Cr，40Mn，50Mn，S48C，4Cr5MoSiV，38CrMoAlA耐蚀型3Cr13,2Cr13,0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR),1Cr18Ni9,3Cr17Mo,0Cr17Ni4Cu4Nb(74PH)淬硬型T7A,T8A,T10A,5CrNiMo,9SiCr,9CrWMn,GCr15,3Cr2W8V,Cr12MoV,45Cr2NiMoVSi,6CrNiSiMnMoV(GD)时效硬化型18Nil40级，18N1170级，18Ni210级,10Ni3MnCuAlMoS(PMS)，18Ni9Co,06Ni6CrMoVTiAl，25CrNi3MoAlY20CrNi3AlMnMo(SM2)2.1几种典型塑料模具用钢

2.1.1渗碳型塑料模具用钢

主要用途：采用冷挤压成型法制造塑料模具。性能要求：高的塑性和低的变形抗力化学成分：低的或超低的碳含量工艺路线：冷挤压成型→渗碳→淬火→回火表面硬度：58～62HRC常用牌号：20，20Cr，20Mn，12CrNi3A，20CrNiMo，DT1，DT2，0Cr4NiMoV国外钢号：8416（瑞典）、P2、P4(美国)重点介绍：0Cr4NiMoV(LJ)钢、12CrNi3A钢（一）

0Cr4NiMoV(LJ)钢

1.

化学成分：表3-3

LJ钢的化学成分（质量分数）

（%）

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

该钢含碳量很低，因而塑性优异、变形抗力低。钢中主加元素为铬，辅加元素为镍、钼、钒等，合金元素的主要作用是提高淬透性和渗碳能力，增加渗碳层的硬度和耐磨性以及心部的强韧性。

2.1几种典型塑料模具用钢

2.1.1渗碳型塑料模具用钢

2.工艺性能：LJ钢具有良好的锻造性能和热处理工艺性。

锻造：加热1230℃，始锻：1200℃，终锻：900℃。退火：加热880℃×2ｈ，炉冷至650℃出炉空冷

硬度100～105HBS，可顺利进行冷挤压成形。

渗碳：930℃×(6～8)ｈ,LJ钢渗碳速度快，渗层比20钢深一倍。淬火：850～870℃油淬回火：200～220℃×2ｈ

表面58～60HRC，心部27～29HRC，变形微小。3.实际应用：用冷挤压法成形制造塑料模具

LJ钢冷成形性与工业纯铁相近，模具型腔轮廓清晰、光洁、精度高。LJ钢主要用来替代10、20钢及工业纯铁等冷挤压成形的精密塑料模。由于渗碳淬硬层较深，基体硬度高，不会出现型腔表面塌陷和内壁咬伤现象，使用效果良好。

（二）12CrNi3A钢

1.化学成分：中淬透性合金渗碳钢该钢含碳量低，加入镍、铬合金元素，以提高钢的淬透性和渗碳层的强韧性，尤其是镍，在产生固溶强化的同时，明显增加钢的塑韧性。与其它冷成形塑料模具钢相比，该钢的冷成形性属于中等。

表3-4

12CrNi3A钢的化学成分

（质量分数）（%）

CSiMnCrNiP、S0.09～0.160.17～0.370.30～0.600.60～0.902.75～3.25≤0.0252.工艺性能：锻造工艺：加热1200℃，始锻1150℃，终锻850℃退火工艺：740～760℃×4～6ｈ,以5～10℃／ｈ的速度缓冷至600℃，再炉冷至室温硬度＜160HBS，适于冷挤压成形。

正火工艺：870～900℃×

3～4ｈ后空冷硬度≤229HBS，切削加工性良好。

气体渗碳：900～920℃×

6～7ｈ渗碳层：0.9～1.0ｍｍ淬火工艺：渗碳后预冷至800～850℃直接油淬或空冷表层硬度：56～62HRC心部硬度：250～380HBS，变形微小。3.

实际应用：

冷挤压成形的形状复杂的浅型腔塑料模具大、中型切削加工成形的塑料模具为了改善切削加工性，模坯须经正火处理，

2.1.2淬硬型塑料模具用钢

1.常用钢种碳素工具钢：T7A、T8A高碳低合金冷作模具钢：9SiCr、9Mn2V、CrWMn、GCr15、7CrSiMnMoV高耐磨冷作模具钢：Cr12、Cr12MoV高速钢：W6Mo5Cr4V2基体钢和某些热作模具钢：65Nb等2.

热处理淬火+低温回火（少数采用中温回火或高温回火）硬度：45～50HRC

2.1几种典型塑料模具材料3.实际应用

碳素工具钢：尺寸较小、受力较小、形状简单、精度要求不高的塑料模具;低合金冷作模具钢：尺寸较大、形状较复杂、精度较高的塑料模具;Cr12型钢：高耐磨性的大型、复杂和精密的塑料模具;基体钢和热作模具钢：较高强韧性和一定耐磨性的塑料模具。

GD钢：新的淬硬型塑料模具钢。该钢强韧性高、淬透性和耐磨性好，淬火变形小，价格低。取代Cr12MoV钢或基体钢制造大型、高耐磨、高精度塑料模具，不仅降低了成本，而且提高了模具的使用寿命。

2.1几种典型塑料模具材料2.1.3预硬型塑料模具用钢预硬钢：就是供应时已预先进行了热处理，并使之达到模具使用态硬度的钢。特点：在硬度30～40HRC的状态下可以直接进行成型车削、钻孔、铣削、雕刻、精锉等加工，精加工后可直接交付使用，这就完全避免了热处理变形的影响，从而保证了模具的制造精度。典型钢种：3Cr2Mo（P20）钢

3Cr2NiMo（P4410）钢

8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）钢

5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）钢Y55CrNiMnMoV（SM1）钢

1.3Cr2Mo（P20）钢

3Cr2Mo钢是引进的美国塑料模具钢常用钢号。（1）化学成分及相变点表3-5

3Cr2Mo钢的化学成分

（质量分数）（%）CSiMnCrMoP、S0.28～0.400.20～0.800.60～1.001.40～2.000.30～0.55≤0.030相变点：Ａc1=770℃，Ac3=825℃，Ar1=640℃，Ar3=760℃，

Ｍs=300℃，Ｍf=120℃。（2）工艺性能˙锻造：加热1100～1150℃，始锻1050～1100℃，

终锻≥850℃，锻后空冷。˙退火：850℃×2～4h+720℃×4～6h，500℃出炉空冷。˙淬火及回火：860～870℃油淬，540～580℃回火。

预硬态硬度为30～35HRC。˙化学热处理：渗碳淬火后表面硬度可达65HRC

具有较高的热硬度及耐磨性。

1.3Cr2Mo（P20）钢（3）力学性能表3-6

P20钢室温力学性能(850℃淬火，550℃回火)硬度HRCσb/Mpaσ0.2/MPaδ5(%)ψ(%)αk/(J/cm2)3012501140145811.5（4）实际应用制造大型塑料模具：电视机的外壳模具、洗衣机面板盖模具其切削加工性能及抛光性能均显著优于45钢，在相同抛光条件下，表面粗糙度比45钢低1～3级。制造电视机外壳塑料模具，成型24万模次，模具仍完好无损。1.3Cr2Mo（P20）钢2.

3Cr2NiMo（P4410）钢

（1）化学成分及相变点3Cr2NiMo钢是3Cr2Mo钢的改进型。国内试制的P4410钢(瑞典生产的718钢)表3-7

P4410的化学成分（质量分数）

（%）CMnSiCrMoNiPS0.28～0.400.60～1.000.20～0.801.40～2.000.30～0.550.80～1.20≤0.020≤0.015相变点:Ac1=725℃,Ac3=810℃,Ms=280℃。(2)生产工艺碱性平炉粗炼→真空脱气、钢包喷粉精炼→水压机锻造→粗加工→超声波探伤→调质热处理→检验出厂。钢材洁净度较高，组织细密，镜面抛光性能好，表面粗糙度可达Ra0.05～0.025μm。(3)性能特点表3-8

P4410钢的力学性能(860℃淬火，650℃回火)试验温度/℃σb/MPaσs/MPaδ(%)ψ(%)αk/(J/cm2)HRC室温1120102016619635200100688213.656——40088281114.067——2.

3Cr2NiMo（P4410或瑞典718）钢(3)性能特点2.

3Cr2NiMo（P4410）钢预硬态硬度值为32～36HRC。不需退火，可直接进行车、铣、磨等加工。不需淬火回火，可直接使用，没有热处理变形。(4)应用

适于制造：大型、复杂、精密塑料模具。

进一步提高模具寿命的方法：化学热处理：渗氮、渗硼火焰局部加热淬火：800～825℃，空冷或压缩空气冷却，56～62HRC表面镀铬：表面硬度可由370～420HV提高到1000HV，显著提高模具的耐磨性和耐蚀性。补焊：修补，焊接质量良好，可以进行加工。3.8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）钢

由华中科技大学、首钢等单位研制的易切削精密塑料成形模具钢，是为适应精密塑料模和薄板无间隙精密冲裁模之急需而设计的。

表4-98Cr2S钢的化学成分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）钢的特点淬透性好,热处理变形小：空冷淬硬直径φ100mm以上，空淬硬度为61.5～62HRC，当860～900℃淬火，160～300℃回火时，轴向总变形率＜0.09%，径向总变形率＜0.15%。切削性能好：退火硬度为207～239HBS，切削加工时，可比一般工具钢缩短加工工时1/3以上。硬态40～45HRC时，用高速钢或硬质合金刀具进行车、铣、刨、镗、钻等加工，相当于碳钢调质态，硬度为30HRC左右的切削性能，远优于Cr12MoV钢退火态硬度为240HBS时的切削性能。镜面研磨抛光性好：采用相同的研磨加工，其表面粗糙度比一般合金工具钢低1～2级，最低表面粗糙度为Ra0.1μm。表面处理性能好：渗氮性良好，渗氮层达0.2～0.3mm，渗硼附着力强。（2）应用

8Cr2S作为预硬钢适宜于制作各种类型的塑料模、胶木模、陶土瓷料模以及印制板的冲孔模。该钢种制作的模具配合精密度较其它合金工具钢高1～2个数量级，表面粗造度低1～2级，使用寿命普遍高2～3倍，有的高十几倍。3.8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）钢4.5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）钢

易切削高韧性塑料模具钢在预硬态（35～45HRC）韧性和切削加工性良好；镜面抛光性能好，表面粗糙度低，可达Ra0.2～0.1μm，使用过程中表面粗糙度保持能力强；花纹蚀刻性能好，清晰，逼真；淬透性好，可作型腔复杂、质量要求高的塑料模。该钢在高硬度下（50HRC以上），热处理变形小，韧性好，并具有较好的阻止裂纹扩展的能力。表3-9

5NiSCa钢的化学成分（质量分数）（%）CCrNiMnMoVSCa0.570.891.031.190.520.260.0280.0036加热时相变点695～735℃，冷却时相变点378～305℃，Ms220℃。4.5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）钢

易切削高韧性塑料模具钢（1）化学成分及相变点4.5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）钢

易切削高韧性塑料模具钢（2）工艺性能①锻造：加热1100℃，始锻1070～1100℃，终锻850℃，锻后砂冷。②球化退火：770℃×3h+660℃×7h，炉冷到550℃出炉空冷。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℃硝盐分级淬火。（3）力学性能采用了S-Ca复合易切削系和喷射冶金技术，硫化物的分布比较均匀,有高的淬透性和镜面抛光性，模具硬度为35~45HRC时，可顺利进行各种加工。

5NiSCa钢经880℃和900℃淬火后的力学性能，见表3-10所列。4.5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）钢（3）力学性能表3-10

5NiSCa钢不同温度淬火及回火后的力学性能淬火/℃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）钢（4）生产应用制造型腔复杂、型腔质量要求高的塑料模具注射模压缩模橡胶模印制板冲孔模收录机、收音机外壳、后盖、面板、音窗；洗衣机上盖、电视机前框镶块，后盖等等注塑模，各种印刷线路板凹模，汽车密封O型圈、油封等橡胶模。上述模具中有的用5NiSCa已经代替了进口模具材料，有的模具寿命比45钢提高了3～5倍，同时加快了制模周期，改善了塑料制品外观质量。曾在全国第二届发明展览上获发明四等奖。表3-11

SM1钢化学成分（质量分数）

(%)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相变点：

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

SM1属易切削调质型预硬化塑料模具钢，预硬态交货，预硬硬度为35～40HRC。易切削效果明显、性能稳定、综合性能明显优于45钢，还具有耐蚀性较好和可渗氮等优点。（1）化学成分及相变点5.Y55CrNiMnMoV（SM1）钢

（2）工艺性能①锻造：锻造性能良好，锻造无特殊要求。②软化处理：800℃×3ｈ+680℃×

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

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

SM1钢的力学性能（3）工艺性能5.Y55CrNiMnMoV（SM1）钢

（4）实际应用Y55CrNiMnMoV钢生产工艺简便易行，性能优越稳定，使用寿命长。经电子、仪表、家电、玩具、日用五金等行业推广应用，效果显著。成分特点：碳含量低、合金度较高热处理特点：固溶处理（温度高）+时效（温度低）性能特点：固溶处理后，硬度低HRC30左右，可机械成型加工

。低温时效处理，析出弥散合金化合物，获高硬度，这就有效地保证了模具最终尺寸和形状的精度。

介绍几种时效硬化型塑料模具用钢。

25CrNi3MoAl钢

18Ni类钢

06Ni6CrMoVTiAl（06Ni）钢

10Ni3MnCuAlMoS（PMS）镜面塑料模具钢

Y20CrNi3AlMnMo（SM2）钢

2.1几种典型塑料模具材料

2.1.4时效硬化型塑料模具用钢

1.25CrNi3MoAl钢

25CrNi3MoAl属低镍无钴时效硬化钢，这是参考了美国P21钢的成分，并根据我国冶炼工业的特点及使用厂对性能的要求加以改进而研制的一种新型时效硬化钢，为我国时效硬化型精密塑料模具专用钢种填补了空白。（低镍无钴，价格远低于马氏体时效钢-06Ni6CrMoVTiAl和18Ni系列钢

）

（1）化学成分及相变点25CrNi3MoAl钢的化学成分见表3-13。2.1几种典型塑料模具材料

2.1.4时效硬化型塑料模具用钢

表3-13

25CrNi3MoAl钢的化学成分（质量分数)（%）

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

相变点Ac1≈740℃，Ac3≈780℃，Ms≈290℃。（2）力学性能①硬度：25CrNi3MoAl钢经不同温度固溶及时效处理后的硬度分别见表3-14及表3-15。25CrNi3MoAl钢（1）化学成分和相变点表3-14

25CrNi3MoAl钢经不同温度（保温30min）固溶处理后的硬度

加热温度/℃8809209601000硬度HRC4948.546.445.6880℃水冷(马氏体)后49HRC，经过680℃×4~6h高温回火（回火马氏体，不析出Ni3Al相），软化至22~23HRC后，进行机械加工。表3-15

25CrNi3MoAl钢时效处理（20~24h，析出NiAl相）后的硬度

时效温度/℃500520540硬度HRC35.5～3839～4139～42（2）室温力学性能：25CrNi3MoAl钢经880℃固溶，680℃回火，540℃时效处理8ｈ后的力学性能见表3-16。表3-16

25CrNi3MoAl钢的室温力学性能

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

①

αk值为夏比U形试样冲击韧度值。（3）热处理工艺①一般精密塑料模具：淬火→高温回火→机加工成形→时效处理→研磨、抛光或光刻花纹→装配使用淬火：880℃，空冷或水冷，48～50HRC高温回火:680℃×4～6ｈ，空冷或水冷，22～23HRC经机加工成形时效处理:520～540℃×6～8ｈ，空冷，39～42HRC研磨、抛光或光刻花纹后装配使用。变形率为-0.039％。②高精密塑料模具：淬火→高温回火→机加工成形→去应力退火→时效处理→研磨、抛光或光刻花纹→装配使用研磨、抛光或光刻花纹→装配使用淬火：880℃，空冷或水冷，48～50HRC高温回火:680℃×4～6ｈ，空冷或水冷，22～23HRC经粗加工和半精加工去应力退火：650℃×1ｈ，消除残留内应力，再精加工。时效处理:520～540℃×6～8ｈ，空冷，39～42HRC研磨、抛光或光刻花纹后装配使用。变形率为-0.01%～-0.02%。③冲击韧度要求不高的塑料模具：锻坯退火后直接经粗加工、精加工，进行520～540℃、6～8ｈ的时效处理，再经研磨、抛光及装配使用。经此处理后，模具硬度40～43HRC，时效变形率≤0.05%。④冷挤型腔工艺的塑料模具：模具锻坯经软化处理后，即对模具挤压面进行加工、研磨、抛光。然后对冷挤压模具型腔和模具外形进行修整，最后对模具进行真空时效处理或表面渗氮处理后再装配使用（4）特点及应用

综上所述，25CrNi3MoAl钢有如下特点：①钢中含镍量低，价格远低于马氏体时效钢，也低于超低碳中合金时效钢。②调质硬度为230～250HBS，常规切削加工和电加工性能良好。时效硬度为38～42HRC，时效处理及渗氮处理温度范围相当，且渗氮性能好，渗氮后表层硬度达1000HV以上，而心部硬度保持在38～42HRC。③镜面研磨性好，表面粗糙度可在Ra0.2～0.025μm，表面光刻浸蚀性好，光刻花纹清晰均匀。④焊接修补性好，焊缝处可加工，时效后焊缝硬度和基体硬度相近。25CrNi3MoAl钢可用以制作普通及高精密塑料模具，经十多家工厂试用，技术经济效益显著。

2.18Ni类钢

00Ni18Co8Mo3TiAl（140级）00Ni18Co8Mo5TiAl（170级）00Ni18Co9Mo5TiAl（210级)00Ni18Co12Mo4Ti2Al这类钢属于低碳马氏体时效钢，其成分和力学性能见表3-17。表3-17

18Ni类钢的化学成分和力学性能18Ni钢级化学成分（w，％）热处理工艺σs/MPaσb/MPaδ(%)ψ(%)硬度HRCNiCoMoTiAl140级17.5～18.58～93.0～3.50.15～0.250.05～0.15815℃±10℃固溶处理1h空冷，经480℃±10℃时效3h，空冷1350～14501400～155014～1665～7046～48170级17～197.0～8.54.6～5.20.3～0.50.05～0.151700～19001750～195010～1248～5850～52210级18～198.0～9.54.6～5.20.55～0.800.05～0.152050～21002100～2150126053～55

马氏体时效钢碳质量分数极低（约0.03%），目的是改善钢的韧性。因这类钢的屈服强度有1400MPa，1700MPa，2100MPa三个级别，可分别简写为18Ni140级、18Ni170级和18Ni210级，也分别对应国外的18Ni250级、18Ni300级和18Ni350级。18Ni马氏体时效钢中起时效硬化作用的合金元素是钛、铝、钴，钼。18Ni中加入大量的镍，主要作用是保证固溶体淬火后能获得单一的马氏体，其次Ni与Mo作用形成时效强化相Ni3Mo，镍的质量分数在10%以上，还能提高马氏体时效钢的断裂韧度。

18Ni类钢主要用在精密锻模及制造高精度、超镜面、型腔复杂、大截面、大批量生产的塑料模具。但因Ni、Co等贵重金属元素含量高，价格昂贵，尚难以广泛应用。3.06Ni6CrMoVTiAl（06Ni）钢

06Ni6CrMoVTiAl钢属低镍马氏体时效钢。该钢突出优点是热处理变形小，抛光性能好，固溶硬度低，切削加工性能好，具有良好的综合力学性能以及渗氮、焊接性能。因为合金含量低，其价格比18Ni型马氏体时效钢低得多。(1)化学成分及相变点低碳马氏体时效钢的硬化机理是在马氏体基体中析出金属间化合物而产生硬化，这首先要求低含碳量，并含有时效硬化元素，以提高钢的时效硬度。06钢化学成分见表3-18所示。表3-18

06Ni6CrMoVTiAl钢的化学成分（质量分数)（%）

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

相变点Ac1=705℃、Ac3=836℃、Ar1=425℃、Ar3=525℃、Ms=512℃、Mf=395℃。(2)热加工工艺①锻造：加热1100～1150℃，终锻≥850℃，锻后空冷。②软化退火：680℃高温回火③固溶处理：固溶处理可以利用锻轧后快速冷却实现，也可以把钢材加热到固溶温度之后油冷或空冷实现。820℃固溶后，空冷硬度为26～28HRC，

油冷硬度为24～25HRC，

水冷硬度为22～23HRC。

固溶后冷速越快，硬度越低，但时效后硬度值却更高。06Ni钢的时效硬度比18Ni类高合金马氏体时效钢固溶硬度（28～32HRC）低，故而切削加工性能优于高合金马氏体时效钢。推荐的固溶处理工艺：固溶温度800～880℃，保温1～2ｈ，油冷。④时效处理：500～540℃，4～8ｈ，硬度为42～45HRC。（3）力学性能表3-19

06钢室温和高温力学性能

试验温度/℃σb/Mpaσ0.2/MPaδ(%)Ψ(%)Αk/(J/cm2)室温147814229.337.23.4100————15032001292126211.254.236.83001238119710.553.341.74001153112813.756.551.9

由表3-19可见，随着试验温度的增加，虽然钢的强度有所下降，但塑性和韧性都迅速增加。在使用温度状态下，钢的韧性有较大增加。（4）实际应用马氏体时效钢06Ni6CrMoVTiAl已分别应用在化工、仪表、轻工、电器、航空航天和国防工业部门，用以制作磁带盒、照像机、电传打字机等零件的塑料模具，均收到很好效果。该钢制作的录音机磁带盒塑料模具寿命可达200万次以上，压制的产品质量可与进口模具压制的产品相媲美；制作收录机磁带盒塑料模具，其平均寿命达110万次以上。4.10Ni3MnCuAlMoS（PMS）镜面塑料模具钢光学塑料镜片、透明塑料制品以及外观光洁、光亮、质量高的各种热塑性塑料壳体件成形模具，国外通常选用表面粗糙度低、光亮度高、变形小、精度高的镜面塑料模具钢制造。镜面性能优异的塑模钢，除要求具有一定强度、硬度外，还要求冷热加工性能好，热处理变形小。特别是还要求钢的纯洁度高，以防在镜面出现针孔、桔皮、斑纹及锈蚀等缺陷。PMS镜面塑料模具钢是一种新型的析出硬化型塑料模具钢，具有良好的冷热加工性能和综合力学性能，热处理工艺简便，变形小，淬透性高，适宜进行表面强化处理，在软化状态下可进行模具型腔的挤压成形。（1）化学成分及相变点PMS钢的化学成分见表3-20，碳质量分数限制在0.2%以下，保证钢的热加工性能及热处理后的韧性，Ni、Al的加入是为了保证时效硬化后钢的硬度（40HRC左右）

表3-20

PMS钢的化学成分（质量分数）

（%）

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相变点Ac1675℃、Ac3821℃、Ar1382℃、Ar3517℃、Ms270℃。(2)工艺性能①锻造：PMS钢有良好的锻造性能，锻造加热温度1120～1160℃，终锻温度≥850℃，锻后空冷或砂冷。②固溶处理：固溶处理的目的是为了使合金元素在基体内充分溶解，使固溶体均匀化，并达到软化，便于切削加工。经840～850℃加热3ｈ固溶处理，空冷后的硬度为28～30HRC。③时效处理：钢的最终使用性能是通过回火时效处理而获得的，钢出现硬化峰值的温度约为510℃±10℃，时效后硬度为40～42HRC。④变形率：PMS的变形率很小，收缩量＜0.05%，总变形率径向为-0.11％～0.041％，轴向为-0.021%～0.026%，接近马氏体时效钢。(3)力学性能PMS钢经840～850℃加热保温空冷固溶处理，再经510℃及530℃时效处理后的力学性能，见表3-21所示。表3-21

PMS钢不同温度时效后的力学性能

钢

种时效温度/℃硬度/HRCσb/MPaσs/MPaδ5(%)ψ(%)αk/(J/cm2)PMS钢（含S）51042.51303.51169.11649.214.7～17.153041.41292.71194.61552.720.6PMS钢（低S）51042.71331.91264.514.747.821.653041.81252.51191.714.655.721.6(4)实际应用PMS镜面塑料模具钢适于制造各种光学塑料镜片，高镜面、高透明度的注射模以及外观质量要求极高的光洁、光亮的各种家用电器塑料模。例如电话机壳体模具，生产出的电话机塑料壳体制品外观质量达到国外同类产品的先进水平，模具使用寿命也明显提高。又如大型双卡收录机注射模，生产出的机壳外观质量高，原用45钢制造注射模，模具寿命15万模；而PMS钢制造的注射模，寿命达40万模。PMS钢是含铝钢，其渗氮性能好，时效温度与渗氮温度相近，因而，可以在渗氮处理的同时进行时效处理。渗氮后模具表面硬度、耐磨性、抗咬合性均提高，可用于注射玻璃纤维增强塑料的精密成形模具。PMS钢还具有良好的焊接性能，对损坏的模具可进行补焊修复。PMS钢还适于高精度型腔的冷挤压成形。5.Y20CrNi3AlMnMo（SM2）钢

(1)化学成分及相变点Y20CrNi3AlMnMo（SM2）属时效硬化型塑料模具钢，其化学成分见表3-22。表3-22

SM2钢化学成分（质量分数）

(%)

相变点

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)工艺性能①锻造：锻造性能良好，锻造无特殊要求。②软化处理：870～930℃加热，油冷，680～700℃高温回火2h，油冷，硬度≤30HRC。③热处理工艺：870～930℃加热，油淬，680～700℃油冷，500～560℃时效。(3)力学性能经上述处理后，SM2的力学性能见表3-23所示。表3-23

SM2钢的力学性能

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

(4)实际应用Y20CrNi3AlMnMo钢生产工艺简便易行，性能优越稳定，使用寿命长。经电子、仪表、家电、玩具、日用五金等行业推广应用，效果显著。2.1.5耐蚀型塑料模具用钢

0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR)钢属于析出硬化不锈钢，硬度为32～35HRC时可进行切削加工。该钢再经460～480℃时效处理后，可获得较好的综合力学性能。1.PCR钢的化学成分及相变点PCR钢的化学成分见表3-24。

表3-24

PCR钢的化学成分（质量分数）

（%）

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

相变点：

As=580℃，Ａf=723℃、Ｍs=85℃、Mf