塑料制品已廣泛應(yīng)用于工業(yè)和日常生活中。塑料模具向精密化、大型化方向發(fā)展，對(duì)塑料模具鋼的性能要求越來(lái)越高。塑料模具鋼的性能取決于塑料類型、產(chǎn)品用途、成型方法和生產(chǎn)批量。一般要求塑料模具鋼具有良好的綜合性能，模具材料的強(qiáng)度和韌性不如冷熱模具高，但熱處理工藝簡(jiǎn)單、變形小或不變形、切割性能好、鏡拋光性能、圖案蝕刻性能等材料加工工藝性能要求高。

　　塑料模具鋼所需的基本性能如下：

　　1)綜合機(jī)械性能成型模具在工作過(guò)程中應(yīng)受到不同的溫度、壓力、侵蝕和磨損。因此，模具材料需要均勻，無(wú)網(wǎng)狀和帶狀碳化物。熱處理過(guò)程應(yīng)具有較小的氧化、脫碳和畸變傾向，熱處理后應(yīng)具有一定的強(qiáng)度。為保證足夠的耐磨性，許多塑料模具經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)后進(jìn)行滲氮或鍍鉻等表面強(qiáng)化處理。

　　對(duì)于大型、復(fù)雜、精密的注射模具，切削性能通常預(yù)硬化到28~35HRC切割和研磨，然后投入所需的尺寸和精度，以消除熱處理變形、氧化和脫碳的缺陷。常用于添加易切元素S、Co提高預(yù)硬的切削性能。

　　3)光盤(pán)、塑料透鏡等塑料制品的表面粗糙度較高，主要由模具腔的粗糙度保證。一般來(lái)說(shuō)，模具腔的粗糙度高于塑料制品。鏡面加工性能與鋼的純度、組織、硬度和鏡面加工技術(shù)有關(guān)。硬度高，顯微組織細(xì)小均勻，非金屬混合少，有利于改善鏡面拋光。塑料模具鋼通常采用真空熔化和真空除氣。

　　4)圖案蝕刻性能部分塑料產(chǎn)品表面要求圖案清晰豐滿，大型皮革壓花版皮革工業(yè)要求模具鋼具有良好的圖案光刻性能。圖案光刻性能對(duì)材料的要求與鏡面拋光性能相似，鋼純度高，組織致密，硬度高。

　　5)氯和氟樹(shù)脂的耐腐蝕性ABS在樹(shù)脂中添加抗燃劑時(shí)，在成型過(guò)程中釋放腐蝕性氣體。因此，該塑料模具應(yīng)采用耐腐蝕塑料模具鋼、鍍鉻或鎳磷非晶涂層。

　　此外，塑料模具鋼還需要具有良好的預(yù)硬化性能、較高的冷壓性能和補(bǔ)焊性能。

　　塑料模具鋼可分為滲碳型、預(yù)硬化型、耐腐蝕型、及時(shí)硬化型和冷擠壓型。它們的熱處理如下。

　　1.熱處理滲碳塑料模具鋼

　　塑料模具零件沖擊大，表面硬而心硬，通常采用滲碳工藝、碳氮共滲工藝等。

　　結(jié)構(gòu)鋼合金滲碳鋼可用于一般滲碳部件，其熱處理工藝與結(jié)構(gòu)部件基本相同。塑料模具成型零件表面質(zhì)量要求高，應(yīng)采用專用鋼。熱處理的關(guān)鍵是選擇先進(jìn)的滲碳設(shè)備，嚴(yán)格控制工藝流程，確保滲碳層的組織和性能要求。

　　熱處理行業(yè)的工藝標(biāo)準(zhǔn)可參照碳氮共滲工藝標(biāo)準(zhǔn)：JB/T3999-1999年鋼滲碳與碳氮共滲淬火回火處理。

　　常用的滲碳橡塑模具鋼有20種和20種Cr、l2CrNi2、l2CrNi3、l2Cr2Ni4、20Cr2Ni4鋼等。

　　1)l2CrNi3鋼l2CrNi3鋼為中淬透合金滲碳鋼，冷成型性能中等。鋼碳含量低，添加合金鎳、鉻，提高鋼淬火和滲碳層的韌性，特別是添加鎳后，同時(shí)產(chǎn)生固體溶解強(qiáng)化，可顯著提高鋼的塑性。鋼具有良好的鍛造性能，鍛造加熱溫度為1200℃,始鍛溫度1150℃,最終鍛造溫度大于850℃,鍛后緩冷。

　　l2CrNi3鋼主要用于冷擠壓成型復(fù)雜的淺腔塑料模具或大中型塑料模具。切割制造塑料模具。模坯需要用正火處理，以提高切割加工性能。冷擠壓成型腔鍛造后必須軟化退火工藝。

　　12CrNi當(dāng)3鋼采用氣體滲碳工藝時(shí)，加熱溫度為900~920℃,保溫6~7h,可獲得0.9~1.0mm滲碳層預(yù)冷至800~850℃淬火后表面硬度可達(dá)56~62HRC,心硬度為250~380HBS。

　　2)20Cr2Ni4鋼20Cr2Ni4鋼為高強(qiáng)度合金滲碳鋼，具有良好的綜合力學(xué)性能，其淬透性和韌性超過(guò)l2CrNi3鋼。鍛造性能好，鍛造加熱溫度1200℃始鍛溫度為1150℃,最終鍛造溫度大于850℃,鍛后緩冷。

　　2.預(yù)硬化塑料模具鋼的熱處理

　　預(yù)硬塑料模具鋼是指將熱加工模塊預(yù)先調(diào)整到一定硬度(一般分為10HRC、20HRC、30HRC、40HRC模具成型后，可直接使用四級(jí)鋼，避免熱處理引起的模具變形開(kāi)裂，稱為預(yù)硬化鋼。預(yù)硬化鋼最適合制作形狀復(fù)雜的大中型精密塑料模具。常用的預(yù)硬橡塑模具鋼有三種Cr2Mo(P20)、3Cr2NiMo(P4410)、8Cr2MnWMoVS、4Cr5MoSiVl、P20SRe、5NiSCa等。

　　1) 3Cr2Mo鋼3Cr2Mo(現(xiàn)為SM3Cr2Mo)鋼是最早列入標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)硬化塑料模具鋼，相當(dāng)于美國(guó)P瑞典的20鋼(ASSAB)的718、德國(guó)的40CrMnMo7、日本的HPM2鋼等。3Cr2 Mo鋼是GB/T 聚甲醛、ABS塑料、醋酸丁酸纖維素、聚碳酸酯(PC)、聚酯(PEF)、聚乙烯(DPE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)熱塑性塑料，如注射模具。

　　我國(guó)某廠推薦3Cr2Mo鋼強(qiáng)韌化熱處理工藝：淬火溫度840~880℃,油冷；600~650的溫度℃,空冷，硬度28~33HRC。

　　美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)(AISI, SAE)推薦的P熱處理工藝：淬火溫度為820~870℃,回火溫度150~260℃,空冷，硬度58~64HRC (滲碳層表面硬度)。

　　2)8Cr2MnWMoVS (8Cr2S)為提高預(yù)硬化鋼的切割加工性能，在保證原有性能的前提下，加入一種或多種易切合金元素，成為易切合金。

　　8Cr2S鋼是我國(guó)開(kāi)發(fā)的一種易于切割和預(yù)硬化的高碳鋼。該鋼不僅用于制造精密零件的冷沖壓模具，還用于制造預(yù)硬化塑料成型模具。鋼具有韌性高、切割加工性能好、鏡面拋光性能好、表面處理性能好、滲氮、硼、鉻、鎳等表面處理。

　　8Cr2S40~42HRC切削相當(dāng)于退火Tl0A鋼(200HBS)加工。綜合力學(xué)性能好，可研磨拋光Ra0.025μm,鋼具有良好的光刻浸蝕性能。

　　8Cr2S鋼淬火加熱溫度為860~920℃,油冷淬火或240~280℃硝鹽中溫淬火。直徑100mm鋼空冷淬火可淬火，淬火硬度為62~64HRC?；鼗饻囟瓤蛇_(dá)550~620℃回火硬度為40~48HRC。因加有S,預(yù)硬度為40~48HRC的8Cr2S鋼坯的加工性能和調(diào)整質(zhì)量為30HRC類似碳素鋼。

　　3.及時(shí)硬化塑料模具鋼的熱處理

　　對(duì)于復(fù)雜、精密、使用壽命長(zhǎng)的塑料模具，模具材料在使用狀態(tài)下必須具有較高的綜合力學(xué)性能，因此必須采用最終熱處理。但采用一般的最終熱處理工藝，往往會(huì)導(dǎo)致模具處理變形，模具精度難以滿足要求。固體溶解后，及時(shí)軟化橡木塑料模具鋼(一般為28~34HRC),可切割加工，冷加工后及時(shí)處理，綜合力學(xué)性能高。及時(shí)熱處理變形小，一般具有焊接性能好、滲氮等優(yōu)點(diǎn)。適用于制造復(fù)雜、精密、壽命長(zhǎng)的塑料模具。

　　時(shí)效硬化塑料模具鋼包括馬氏體時(shí)效硬化鋼和沉淀(沉淀)硬化鋼。

　　1)馬氏體時(shí)效硬化鋼馬氏體時(shí)效硬化鋼具有加工性好、焊接性能好、熱處理工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。典型的鋼種是18Ni屈服強(qiáng)度可達(dá)1400~3500系列MPa。雖然這種鋼模價(jià)格昂貴，但由于使用壽命長(zhǎng)，綜合經(jīng)濟(jì)效益仍然很高。

　　2)沉淀(沉淀)硬化鋼沉淀硬化型鋼也是通過(guò)固溶處理和沉淀沉淀第二相強(qiáng)化的，硬度為37~43HRC能滿足某些塑料模具成型零件的要求。市場(chǎng)以40HRC預(yù)硬化供應(yīng)仍具有令人滿意的切割加工性能。鋼冶金質(zhì)量高，一般采用特殊冶煉，純度、鏡磨、腐蝕加工良好，使模具精度和精度保持良好。焊接良好，表和心硬度均勻。

　　硬化塑料模具鋼的代表鋼號(hào)為25CrNi3MoAl,相當(dāng)于美國(guó)的低碳中合金鋼P(yáng)21鋼。沉淀硬化鋼的模具零件通過(guò)滲氮處理模具的耐磨性、耐咬合性和使用壽命。

　　4.耐腐蝕塑料模具鋼的熱處理

　　生產(chǎn)對(duì)金屬有腐蝕作用的塑料制品時(shí)，工作部件采用耐腐蝕鋼制成。常用的鋼種有Crl3型

　　和9Crl加固的馬氏體不銹鋼，如8鋼。

　　9.1.4耐腐蝕塑料模具鋼的熱處理規(guī)范

　　序號(hào)

　　鋼號(hào)

　　熱處理

　　硬度

　　備注

　　1

　　Crl3系列

　　980~1050℃油冷,650~700℃回火，油冷。滲氮可以提高表面硬度和耐磨性，但耐腐蝕性會(huì)降低

　　229~341HBS

　　2

　　9crl8

　　850℃預(yù)熱,1050~1100℃奧氏體化油冷-80℃冷處理,160~260℃回火3H,130~140℃應(yīng)力退火15~20h

　　58~62HR

　　3

　　S-STAR

　　第一次預(yù)熱500℃,第二次預(yù)熱80℃,1020~1070奧氏體化溫度℃,空冷、油冷或氣冷均可，回火：①200~400需要腐蝕性℃回火,按60~90min/25mm;②要求高硬度，490~510℃回火,按50~90min/25mm

　　高精度模具零件需要冷處理

　　用預(yù)硬化鋼交付， 31~34HRC;淬火回火交貨，≤229HBS

　　日本大同特鋼公司

　　需要指出的是，現(xiàn)有不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)制成的塑料模具鋼成型零件，表面質(zhì)量要求難以滿足。因此，開(kāi)發(fā)了耐腐蝕鏡塑料模具鋼。因此，開(kāi)發(fā)了耐腐蝕鏡塑料模具鋼。例如，法國(guó)已經(jīng)進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)CLC2 316 H鋼(同類型德國(guó)X36CrMol7)是防腐鏡面塑料模具鋼的預(yù)硬化型。

　　耐腐蝕塑料模具鋼零件的熱處理與普通不銹鋼產(chǎn)品基本相同。其熱處理工藝可參照我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：ZB/T36017-1990年不銹鋼及耐熱鋼熱處理。