點擊上方↑模具行業，請關注我們關于提醒讀者和作者注意欺詐的聲明已被刪除。如果您需要全文，請購買雜志或到知識網絡下載塑料模具鋼，主要用于制造和生產塑料產品的模具。塑料模具的工作特點是：不僅要承受熱塑料熔融液的侵蝕和磨損，還要承受氯、氟等有害氣體的腐蝕。其工作環境復雜，合金元素種類多，內部影響機制多樣化。為了提高塑料產品的質量，擴大應用領域，塑料模具鋼正朝著高精度、高效率、使用壽命長的方向發展。目前，新型塑料模具鋼的發展主要有兩種方式：①開發高性能、低成本的新鋼種，結合我國資源和冶金技術的實際情況；②引進一些國外性能優良的鋼材，進行定位開發，取代昂貴的進口鋼材。中國在十三五規劃中明確提出：在塑料模具鋼方面，對于718種塑料模具鋼，為模具鋼制造商提供高溫均質化、鍛造模具鋼制造商提供高溫均質化、鍛造和預熱處理技術的輸出工藝參數。此外，基于成分、工藝、組織和服務性能的研究，開發大截面、高均勻、節能貝氏體預硬塑料模具鋼和高拋光、易切割、耐腐蝕鏡塑料模具鋼。國內外塑料模具鋼概況1現代工業，模具領先，目前瑞典、德國、日本、法國等鋼鐵強國，技術先進，模具鋼品種齊全，形成了幾個世界知名品牌，除熟悉瑞典、日本同類企業、德國葛利茲、奧地利博樂、日本高周波、日立金屬、瑞典斯堪納集團也在行業中聞名。與歐美國家相比，中國的模具鋼研究起步較晚。一開始，沒有塑料模具鋼專用鋼系列，選擇的鋼種較多，包括20鋼、45鋼等碳結構鋼，T8鋼、T碳素工具鋼工具鋼，40鋼Cr、38CrMoAl等合金結構鋼，Cr12等合金工具鋼，甚至H13等通用模具鋼，由于不是專用鋼，使用壽命短，消耗大，模具成型產品質量低。雖然自20世紀90年代以來，我國塑料模具鋼一直處于高速追趕狀態，但仍存在以下三個主要問題：①低端產品市場供過于求。由于低端產品市場準入門檻低，國內生產企業在市場競爭中陷入惡性競爭；②同類高端產品嚴重依賴進口，進口產品價格達到國內同類產品3~6倍；③國內大多數特鋼企業在生產設備和技術應用上無法實現對產品的長期穩定控制，不同批次產品質量參差不齊。大截面和高均勻塑料模具鋼2用作大截面模具P20鋼最初由美國提出，屬于中碳Cr-Mo塑料模具鋼含1.85%Cr、1.30%Mn、0.40%Mo等合金元素可以保證淬透性。目前大型塑料制品包括家電外殼、汽車中控臺等，最大尺寸為600mm以上，為了使如此大的模塊整體硬度均勻，必須進一步提高淬透性，傳統P20合金結構鋼不能滿足大型塑料制品的要求。因此，模具鋼制造商基于中國的標準P在20鋼的基礎上不斷改進，形成企業自身的牌號，具體的牌號和成分如表1所示。KPM高周波推出了30P20改良塑料模具鋼P與20鋼相比，它具有更好的硬度、切削性能和淬透性。在相同切削長度的條件下，刀具的磨損可減少50%，厚度為500mm從表面到心臟的硬度均勻性顯著提高。718系列包括718鋼和718H鋼、718HH其中8鋼等P在20鋼的基礎上加入0.8%~1.2%的Ni，從而顯著提高其韌性、塑性和耐腐蝕性。FBEAUDET進一步研究發現，在P20＋0.5%Ni鋼中，加入0.35%V，能夠提高模塊的淬透性，在同等組織條件下，模塊的尺寸可增加88%，此試驗結果同樣適用于718鋼。葛利茲的1.2738鋼的成分與718鋼一致，出廠硬度為32~36HRC，可用于保險杠、儀表板、大型垃圾桶等大型模具零件。HH鋼化學成分為0.27%C、0.30%Si、1.55%Mn、1.35%Cr、1.00%Ni，以34~38HRC預硬出廠適用于保險杠、儀表板、門板等表面要求較高的大型汽車覆蓋件的模具零件。在國內十一五期間，上海大學先進模具材料及應用技術研發團隊與寶鋼特鋼、宏盛重工等企業共同成功試制了大截面預硬塑料模具鋼SDP2738。SDP在718鋼的基礎上，2738減少了Ni含量增加Mn降低生產成本，采用精確的空冷水冷淬火技術，使模塊最大厚度達到1250mm截面硬度波動≤4HRC，可替代進口的718HH等大截面預硬化塑料模具鋼。上海大學研發的另一種大截面貝氏體預硬型塑料模具鋼SDP一、專利授權：ZL2.5)生產周期比718鋼縮短一半，厚度可達1100mm，成品硬度波動≤3HRC，718、2738可替代進口P20等鋼適用于家用電器大截面塑料模具、汽車內飾模具等。通過合金成分優化，江來珠發明的貝氏體大截面塑料模具鋼加入0.005%~0.008%N和微量Ti元素，Ti/N=3/4，將碳含量控制在0.20%~0.30%，整個截面的粒狀貝氏體和良好的力學性能可在軋/鍛后獲得，無需調質。模塊最大厚度可達500mm。易切削塑料模具鋼3降低塑料模具制造成本、縮短模具制造周期、提高力學性能將成為產品研發的主要趨勢，針對以上問題，除了提高切削技術和切削刀具質量外，模具材料本身的加工性能也必須進行優化。為改善預硬鋼的被切削性能，研究者在鋼中添加S、Sn、Pb、Bi、Ca、Cu、Ti、Mg等易切割元素。國外易切割鋼的研究起步較早。1920年，美國首次成功開發易切割鋼并成功生產。它有90多年的發展歷史。目前，超過一半的國際易切割鋼市場由日本和美國占據。特別是在易切割塑料模具鋼領域，日本具有絕對優勢。具有代表性的品牌和化學成分如表2所示。目前，日本高周波鋼廠主要推廣以下兩種易切割塑料模具鋼：①KAP90F是H13改進型Cu易切割鋼，Cu含量為0.23%~0.其他合金元素含量為0.39%C、1.00%Si、0.45%Mn、5.30%Cr、1.10%Mo、0.55%V，出廠硬度為38~42HRC，主要用作推桿和模具標準件；②KAP65(成分未公開)Ni-Al化合物沉淀形成硬化的先進塑料模具鋼，硬度為40HRC，主要用作精密成型產品。日本大同NAK55是S-Cu系易切削時效硬化型塑料模具鋼，出廠硬度為37~43HRC，S和Cu其硬度和切削性能都很好，可用于高質量、高硬度的精密模具。CorroplastFM鋼材由德國蒂森克虜伯鋼廠開發，1.在2085鋼的基礎上加入0.1%S，提高了Mn含量降低C在保證耐腐蝕性的條件下，提高淬透性。DFRIE研究發現，加工1.加工22個槽后，2085鋼刀具損壞嚴重，不能繼續使用；加工CorroplastFM鋼刀加工52個凹槽后，情況依然良好，無明顯損壞，CorroplastFM鋼的切削性能優于1.2085鋼。葛利茲鋼廠1.2312鋼是在P在20的基礎上添加約0.06%S，從而成為硫系易切塑料模具鋼，交貨狀態為29~34HRC，最大截面尺寸約4000mm，硬度均勻性好，主要用于生產要求稍高的模架和模芯，加工性能好。1953年，中國開始研究易切割鋼，首先開發易切割鋼S系，隨后是Ca系和Ti然后開發稀土易切割鋼。Cr2MnWMoVS鋼是由華中科技大學和首鋼特鋼聯合開發的易切削精密模具鋼，硫含量為0.08%~0.15%，S在鋼中以MnS當存在非金屬夾雜物時，不僅可以降低切削力，還可以潤滑刀具，延長刀具的使用壽命，而且如果形成低熔點FeS-Fe的共晶或MnS和FeS固溶體可能會產生熱脆現象。葉月華等研究發現，通過控制錳硫含量比≥4可避免熱脆現象。此時，鋼中的硫和錳全部形成MnS。此外，硅的切削性能受損，脫碳傾向會增加，其含量應控制在0.4%以下。P20S、P20BS、P20SRe、P20BSCa都是上世紀90年代華中科技大學研發的，都屬于P20改進鋼種。P20BSCa合金元素為0.37%C、0.78%Si、1.43%Mn、0.99%Cr、0.22%Mo、0.09%V、0.0023%B、0.075%S、0.002的合金化特點是添加Cr、V、微量B作為強韌性元素，有效保證淬透性和適量Mo能凈化晶界，從而抑制回火脆性的發生，S-Ca在復合系統中S在易切割鋼的基礎上，通過適量Ca的加入，對MnS夾雜物的大小和形狀發揮MnS夾雜物由條狀變為紡錘狀，進一步提高了切削性能和潤滑效果。SDPCu由上海大學開發的塑料模具鋼熱處理工藝為淬火1030℃＋回火500~600℃，淬火回火硬度為35~45HRC，塑料模具鋼加入Cu提高元素方法4Cr切削性能13，達到4Cr13S易切割鋼的水平，提高了耐腐蝕性和皮紋蝕刻性，可替代進口鋼M333鋼。耿鴻明等研究發現，Cu提高切割性能的原因是產生了銅-石墨復合相，可以作為固體潤滑劑潤滑工具，在刀片上形成固體潤滑膜，減少切割過程中的切割熱量，減少刀具的磨損。耐腐蝕塑料模具鋼4塑料產品含有大量的合成樹脂和填料、填料、穩定劑、潤滑劑、顏料等添加劑，在熔化狀態下沉淀氯、氟等元素的腐蝕性氣體，甚至在高濕度空氣中。目前，提高塑料模具鋼耐腐蝕性的主要方法是在鋼中添加Cr、N等元素。國外模具制造商通常使用馬氏體不銹鋼作為塑料制品的成型材料，其中420馬氏體不銹鋼是典型的鋼材Cr13型馬氏體不誘鋼，即2Cr13馬氏體不銹鋼。Cr13型馬氏體不銹鋼是指Cr含碳量約13%，含碳量約13%（≤0.45%)較低的不銹鋼還包括馬氏體不銹鋼，它們添加了其他合金元素來提高不銹鋼的性能。目前占據高端不銹鋼耐腐蝕鋼市場的鋼種多為420不銹鋼及其改良型，具體品牌和化學成分如表3所示。葛利茲鋼廠在420鋼的基礎上，結合自身優勢，先后開發了1.2083系列和1.2316系列，1.2083鋼一般以退火態交貨，合金元素主要有0.40%C、13%Cr，主要用于耐腐蝕塑料模具，拋光性能優異。.2083VictoryESR合金成分與1.2083年鋼材基本一致，但冶金時采用了更先進的電渣重熔技術，可獲得更干凈、更均勻、更致密的鋼錠，應用于1.2083鋼類似，但可用于粗糙度要求較高的模具。.2083VictoryESR＋N在1.2083VictoryESR在此基礎上添加0.25%V，降低了0.02%C，添加適量N，進一步提高鋼的耐腐蝕性。.2085鋼是一種耐腐蝕預硬塑料模具鋼，出廠硬度為28~33HRC，合金元素包括0.33%C、16%Cr、0.25%Ni、0.07%S，S增加提高了鋼的加工性能，主要用于鑲嵌、模架等。大同特種鋼G-STAR是1.2085鋼改良版合金元素包括0.35%C、16%Cr、1%Mo及適量的S，出廠時為預硬態31~34HRC，主要用于耐腐蝕模架模座。日立金屬的HPM38鋼是13Cr系含Mo耐腐蝕鋼，工廠狀態為淬火回火，使用硬度為50~55HRC，主要用作磁帶外殼、醫療器械、碗碟等模具。CENAl預硬不銹鋼實現了耐腐蝕和拋光性能的完美結合Cr、Al、Ni等元素以CrNiAl、Cr、NiAl等形式沉淀，起到沉淀硬化的作用，常用作耐腐蝕、高鏡面要求、高光無痕成型模具。MIRRAX40為耐腐蝕預硬模具鋼，出廠硬度可達360~400HB，合金元素含量為0.21%C、0.9%Si、0.45%Mn、13.5%Cr、0.2%Mo、0.25%V、0.6%Ni、適量的NoN和Ni適用于腐蝕性塑料的注射模和吹塑模，可有效提高耐腐蝕性。CORRAX碳含量僅為0.鎳含量為9，03%.2%，鋁含量為1.6%可及時硬化至40%~51HRC，耐腐蝕性好。STAVAXESR它是一種耐腐蝕性好、拋光性好的塑料模具鋼材料。研究表明，回火溫度越高，耐腐蝕性越差；慢冷試樣的耐腐蝕性比快冷試樣差。在國內，Cr系模鋼是目前應用最廣泛的耐腐蝕塑料模鋼，主要有：2Cr13、3Cr13、3Cr17、4Cr13、9Cr18、1Cr17Ni2、9C r