作者：趙昌盛
來源:金屬加工(熱加工)雜志
我國塑料成型模具產(chǎn)值已占模具行業(yè)總產(chǎn)值的首位，相應(yīng)的塑料模具鋼已占模具用鋼總量的50%﹪以上。過去我國沒有專用塑料模具鋼，一般塑料模具鋼為45鋼或40鋼Cr鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后制造，模具硬底低，耐磨性差，表面粗糙度值高，加工塑料制品外觀質(zhì)量差，模具使用壽命低；精密塑料模具和高硬度塑料模具由CrWMn、Cr12MoV等合金工具鋼制造，不僅機(jī)械加工性能差，而且難以加工形狀復(fù)雜的型腔，更不能解決熱處理變形的問題。
近年來，在引進(jìn)國外塑料模具鋼的同時(shí)，我國開發(fā)開發(fā)了一系列具有中國特色的塑料模具鋼系列。
1.碳塑料模具鋼的應(yīng)用
由于碳塑料模具鋼具有加工性能好、價(jià)格便宜、原材料來源方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于形狀簡單的小模具或精度低、使用壽命長的模具。
YB/T074-1997中列出的有SM45、SM50和SM55等鋼號，與優(yōu)質(zhì)碳素鋼相比，這種鋼在鋼中S、P含量低，鋼材純度好，碳含量波動(dòng)范圍窄，機(jī)械性能更穩(wěn)定。
一般采用硬度要求高、尺寸小的熱固性塑料模具wC=0.7﹪~1.3﹪的高碳碳素工具鋼制造，如T7、T8、T9、T10、T11、T12等鋼。這種鋼經(jīng)處理后硬度高，耐磨性高。
2.應(yīng)用滲碳塑料模具鋼
一些復(fù)雜的塑料模具腔采用冷擠壓法直接壓制，節(jié)省了模具腔的切割加工，這是一種非常經(jīng)濟(jì)的批量生產(chǎn)模具的加工方法。模具經(jīng)過碳化、淬火、低溫回火后，具有高硬度、高耐磨表面和良好韌性的心組織，可生產(chǎn)各種表面高耐磨、心韌性好的模具。這需要選擇碳化塑料模具鋼。
滲碳塑料模具鋼碳含量很低，一般質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1﹪~0.2﹪，塑性變形耐力很小，退火后硬度軟化≤160HBW，復(fù)雜型腔≤130HBW，冷擠壓型腔。過去，我國一般采用15、20、20等低碳鋼和低碳合金鋼Cr、12CrNi2、12CrNi3、20Cr2Ni4和20CrMnTi等鋼。我國近年來開發(fā)的冷擠壓塑料模具專用鋼LJ（0Cr4NiMoV），冷擠壓后，鋼的表面硬度達(dá)到58~62HRC，心部硬度28HRC，耐磨性好，無坍塌和表面剝落，可用于制造形狀復(fù)雜、承載能力高的塑料成型模具。
3.預(yù)硬塑料模具鋼的應(yīng)用
對于形狀復(fù)雜、精密的大中型塑料模具，模具鋼以預(yù)化狀態(tài)供應(yīng)市場，以避免淬火熱處理過程中的變形。
這種鋼一般是中碳低合金鋼。鋼廠鍛造后制成模塊，提前熱處理，達(dá)到模具使用時(shí)的硬度，避免熱處理引起的模具變形和裂紋，保證模具的制造精度。
已納入國家標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)硬化塑料模具鋼包括：SM3Cr2Mo鋼、SM3Cr2MnNiMo鋼的供應(yīng)硬度一般為28~36HRC，適用于制造大中型、高精度塑料模具。
為了提高預(yù)硬化塑料模具鋼的加工性能，預(yù)硬鋼中經(jīng)常添加易切割元素S、Ca、Pb、Sb等。我國先后開發(fā)了一些易切割預(yù)硬塑料模具鋼，如5CrNiMnMoVSCa鋼、8Cr2MnWMoVS鋼、4CrMnVBSCa鋼、5CrNiMnMoVS鋼等，使鋼在高硬度下的 切割加工性能顯著提高。預(yù)硬化易切割塑料模具鋼不僅可用于制造大中型精密注塑模具，還可用于制造精密復(fù)雜的冷模具。
4.時(shí)效硬化塑料模具鋼的應(yīng)用
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(fù)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(xué)性能。預(yù)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，為此開發(fā)了一系列的時(shí)效硬化型塑料模具鋼。模具鋼經(jīng)淬火（固溶）后變軟（硬度約為28~34HRC），便于切割加工，模具制造成型后進(jìn)行及時(shí)處理，獲得所需的綜合力學(xué)性能。此外，由于時(shí)間溫度低，模具變形小，是精密復(fù)雜模具的理想鋼。
國內(nèi)典型的時(shí)效硬化鋼有PMS（lNi3Mn2CuAlMo）鋼、06Ni（06Ni6CrMoVTiAl）鋼、25CrNi3MoAl鋼、SM2（20CrNi3AlMnMo）鋼等。
5.耐腐蝕塑料模具鋼的應(yīng)用
在生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生腐蝕介質(zhì)的塑料制品時(shí)，模具材料必須具有良好的耐腐蝕性。因此，模具應(yīng)由耐腐蝕塑料模具鋼制成。常用的耐腐蝕塑料模具鋼包括：SM2Cr13、SM3Cr17Mo、SM4Cr13，另外還有9Cr18高碳高鉻馬氏體不銹鋼Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼及0Cr17Ni4Cu4Nb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，馬氏體發(fā)了馬氏體效鋼P(yáng)CR（0Cr16Ni4Cu3Nb）和AFC-77(1Cr14Cu13Mo5V)鋼，適用于制造高耐磨、高精度、耐腐蝕的塑料模具，提高了耐腐蝕模具鋼的產(chǎn)品質(zhì)量，延長了模具的使用壽命。
6.高耐磨塑料模具鋼的應(yīng)用
模具用于壓制熱固性塑料、復(fù)合強(qiáng)化塑料產(chǎn)品，生產(chǎn)批量大，模具使用壽命長，一般選用高耐磨塑料模具鋼，如SM4Cr5MoSiV鋼、SM4Cr5MoSiV1鋼、SMCr12MoV1鋼等。對于大型、精密、形狀復(fù)雜的型腔和嵌件，熱處理后耐磨性好的模具可選用基鋼和高速鋼。
此外，無磁模具鋼可用于制造磁性塑料制品的模具。
