新型材料

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3  新型塑料模具用钢

我国过去无专用塑料模具用钢，近年在引进国外塑料模具用钢的同时，自行研制和开发出一些新的塑料模具专用钢。这些材料能满足塑料品种在性能上的差异及制品的形状尺寸、质量、精度要求，其模具材料具有适当的综合力学性能，比较好的耐磨性，良好的切割加工性能、抛光性能、花纹图案光蚀性能、耐蚀性及焊接性能。

3.1　预硬型钢

这类钢是在含0.3%～0.5%C的基础上加入适当的Cr、Mn、Ni、Mo、V等元素制成，一般经过充分锻打后制成模块，预先热处理至要求的硬度后，供使用单位制模。

P20（3Cr2Mo）是国外使用最广泛的预硬塑料模具钢，其淬火温度为830℃～870℃，回火温度范围为550℃～600℃，预硬至30～35HRC。P20钢已列入我国合金工具钢标准，并为一些工厂采用。P20钢适宜制造电视机、大型收录机的外壳及洗衣机面板盖等大型塑料模具，其切削加工性能及抛光性能良好。718是瑞典生产的改型P20钢，较P20有更高的淬透性，调质后可在较大范围内保持硬度均匀。我国一些工厂使用这些钢时，有时将预硬硬度降至28HRC左右，以克服切削加工上的困难。

3.2  易切削预硬钢

为了改善硬料模具钢的切削性能，可加入易切削元素。国外易切削预硬钢主要是S(硫)系，也有S—Se系，但Se价格较贵。S系易切削钢在低、中速切削条件不具有良好的被切削性，但热变形后沿变形方向伸长的MnS增加了钢材的各向异性，显著降低钢的横向塑性和韧性，在截面增大时，硫化物的偏析比较严重。我国研制了一些含硫易切削预硬塑料模具钢，如8Cr2MnWMoVS和S—Ca复合易切削塑料模具钢5CrNiMnMoVSCa(简称5NiSCa)。5NiSCa钢采用了S—Ca复合易切削系和喷射冶金技术，改善了硫化物的形态、分布和钢的各向异性，并能保证在大截面中硫化物的分布仍较均匀，淬透性高. 5NiSCa钢的淬火加热温度为860℃～900℃，575℃～650℃回火，硬度为35～45HRC，可顺利进行各种加工，用于大、中、小型塑料模具。P20BSCa钢的性能与5NiSCa相近，P20BSCa钢淬透性高，价格低廉，工艺性好，可用于制作各种尺寸的注射模，特别是大型注射模。

3.3　时效硬化钢

时效硬化钢有两类，即马氏体时效钢和低镍时效钢，马氏体时效钢含高镍，价格昂贵，我国极少使用。25CrNi3MoAl是低镍时效钢，经880℃淬火和680℃～700℃高温回火后，硬度为20～25HRC，可进行机械加工，再经520℃～540℃时效，硬度达到38～42HRC，时效是靠析出与基体共格的有序金属间化合物NiAl得到强化。PMS钢中，Cu可起时效强化作用，为改善切削加工性，可加入0.1％的S。固溶处理温度为850℃～900℃，硬度为30～32HRC，经490℃～510℃时效，硬度可达40～42HRC。

06Ni6CrMoVTiAlriAl钢采用850℃固溶处理8h，硬度为20～28HRC，切削和抛光性能都很好，经525℃时效4h，硬度为43～48HRC，热处理后变形很小。适于制造高精度塑料模具、透明塑料模具等。

3.4　耐蚀塑料模具钢

塑料制品在以化学性腐蚀塑料为原料时，模具需具有较好的防腐蚀性能，一般采用耐蚀钢制造模具。4Cr13(420)、9Crl8、17—4PH、PCR是我国开发的耐蚀塑料模具钢。

4Cr13和9 Cr18为马氏体不锈钢，17—4PH和PCR属于马氏体沉淀硬化不锈钢。PCR经1050℃淬火后获得单一板条状马氏体，硬度为32～35HRC可以进行切削加工，经470℃时效后，硬度为42～44HRc，有较好的综合力学性能和良好的抗蚀性。

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4  我国塑料模具钢发展进程的展望

我国模具钢生产技术工作发展迅速，形成了我国自己的模具钢系列，总产值已居世界前列，建成不少先进的生产工艺装备，但是模具钢的生产技术、产品质量方面还存在着许多差距，很多制造大型、精密、长寿命模具的钢材仍需国外进口，已成为世界上进口模具最多的国家，展望未来亟需开展以下工作。

(1)加速模具钢生产的制品化、精料化和模具钢经销的商品化。      

我国模具钢的品种规格较少，模具钢生产的制品化、精料化和经销的商品化程度低。80％以上的模具钢仍以黑皮圆棒供货。越来越多的模具制造厂要求在模具设计完成后，模具钢供应厂商能迅速提供所需钢材，减少库存钢材数量，缩短制模周期。但中国钢材生产企业目前尚不适应这一商品市场机制，这是进口模具钢材在中国市场日益扩大的重要原因。

(2)大力推广应用性能优良的新型模具钢，不断完善模具钢钢种系列。

我国已开发出性能优异，达到或超过国外同类水平的特色新型模具钢，但这些新钢材的推广数量和应用范围不够大，有选择地开发先进模具钢，例如开发粉末冶金模具钢，多元易切削系列塑料模具钢，建立玻璃、陶瓷、耐火砖和地砖等成形模具用钢，完善国内的模具钢系列。

(3)进一步提高模具钢的质量。

我国某些特殊钢厂已采用炉外精炼、真空冶炼、快锻机和精锻机等生产模具钢，模具钢的质量有大幅度提高，如D2、P20等，出口产品的质量可以达到国际先进水平。但国外对纯度要求较高的模具钢大部分采用电渣重熔，进一步提高了钢的纯净度、致密度、等向性和均匀性，减少偏析。我国还需要在这方面进一步开展工作。

(4)加强先进模具热处理技术的推广与应用。

模具的可控气氛热处理与真空热处理应进一步得到发展，一些行之有效的模具表面热处理技术，应完善其工艺，加强其推广和应用。提高装备和工艺材料的制造水平，加强热处理专业厂的建设。

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