1模具鋼的發(fā)展歷史

　　50年代，我國模具用鋼全部襲用國外鋼號。進(jìn)入60年代嚷辅，為了節(jié)約原材料和提高毛坯精度，少無外一些常用鋼號和新開發(fā)的模具鋼進(jìn)行比較距误。切削工藝和精密成形技術(shù)有了迅速發(fā)展簸搞，為了提高生產(chǎn)效率，采用了許多高效壓力加工設(shè)備准潭，鍛錘逐漸被壓力機替代趁俊。原用模具鋼的性能常不能滿足服役條件對性能的高要求，影響了模具的使用壽命和壓力結(jié)構(gòu)新工藝新設(shè)備的推廣應(yīng)用完骑。

　　70年代末剩跛，精密及大型工程塑料制品的使用日益廣泛，對塑料模具用鋼的需求量急劇增加谢佩，對塑料模具鋼的性能也提出了新的要求优狡，而我國當(dāng)時尚無塑料模具專用鋼種。

　　60年代以來绷举，在國家有關(guān)部委的支持下铣瞒，我國科技工作者結(jié)合國情，開發(fā)出不少新模具鋼嘉散，其中一些使用性能優(yōu)異腔资、工藝性能也比較好的性鋼種受到模具制造和使用單位的歡迎。在此期間也引進(jìn)了一些國外通用的鋼號完憨，其中有些鋼號通過生產(chǎn)試用淡厦，取得良好的效果。

　　2塑料模具鋼的性能要求

　　隨著塑料工業(yè)發(fā)展的突飛猛進(jìn)骏挎，塑料模具的需求量急劇增加汗忠，據(jù)報導(dǎo)，不少工業(yè)發(fā)達(dá)國家塑料模具的產(chǎn)值已躍居于模具制造業(yè)的首位兜叨。為了適應(yīng)塑料制品的尺寸日趨大型化穿扳、形狀的復(fù)雜化和表面裝飾的美觀化，塑料模具正朝著大型化国旷、復(fù)雜化矛物、精密化和多腔化方向發(fā)展茫死。在塑料模具的設(shè)計過程中，對于塑料模具鋼的性能要求設(shè)計人員應(yīng)該熟知履羞。

　　2.1具有一定的綜合力學(xué)性能

　　成型模具在工作過程中要承受溫度峦萎、壓力、侵蝕和磨損忆首，因而要求具有一定的強度和塑爱榔、韌性。具體體現(xiàn)以下兩點：

　〔诩啊（1）要求材料的純潔度高详幽，組織均勻致密，無網(wǎng)狀浸锨、帶狀碳化物唇聘，無孔洞、疏松等缺陷私庇。

　∧浞蕖（2）材料的淬透性好，熱處理后應(yīng)具有較高的強韌性舀蚕、硬度和耐磨性执鲜，并要求等向性好。

　　2.2切削加工性好

　　塑料模形狀往往比較復(fù)雜摆地，切削加工成本常占到模具的絕大部分（一般約75％）挂剪，因而要求具有良好切削性能。具體體現(xiàn)在：

　≡隽俊（1）為提高切削性能她打，通常要適當(dāng)降低模具的硬度，但會影響拋光性和耐磨性童唧；

　≡圆骸（2）要求材料預(yù)硬化后還具有良好的切削加工性；

　「湮浮（3）加入S镶骗、Ca等元素發(fā)展易切削鋼，或采用時效硬化鋼躲雅；

　《︽ⅰ（4）在硬化狀態(tài)下材料仍具有良好的電加工性和鏡面拋光性、花紋圖案蝕刻性相赁。

　　2.3材料具有良好的導(dǎo)熱性和低的熱膨脹系數(shù)

　　材料具有良好的熱加工工藝性相寇，如熱處理變形小、尺寸穩(wěn)定性好、在150～250°C的溫度下長期工作不變形以及較好的焊接性[2]唤衫。

　　3塑料模具鋼的分類和應(yīng)用

　　3.1滲碳型塑料模具用鋼

　　用作塑料模具的滲碳鋼有10婆赠、20、20Cr佳励、12CrNi2休里、12CrNi3、12Cr2Ni4赃承、20CrMnT妙黍、20CrMnMo等。

　　滲碳鋼退火后的硬度低瞧剖、塑性好捎霍。這類鋼進(jìn)行冷擠壓成型后進(jìn)行滲碳淬火和低溫回火，表面硬度可提高至58～62HRC漏匿，達(dá)到表面高硬度、高耐磨性敲非，心部韌性好的要求衅洞，主要制作要求耐磨性良好的塑料模具。試驗表明不同的奧氏體含量適合不同的磨損環(huán)境笋窍，在較低應(yīng)力水平下流肢，奧氏體含量越低，其耐磨性越好项凉；在較高應(yīng)力水平下期位，奧氏體含量越高，其耐磨性越好巧糖。

　　3.2非合金型塑料模具專用鋼

　　非合金型塑料模具專用鋼SM45剩膏、SM48、SM50蜻蒋、SM53砂豌、SM55，目前常見的45鋼價格低廉光督、來源方便阳距。

　　這類鋼與優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，鋼中的實際S结借、P含量低筐摘，鋼材的純凈度好，力學(xué)性能穩(wěn)定船老。適宜于制造形狀簡單的小型塑料模具或精密要求不高咖熟、使用壽命不需要很長的塑料模具。

　　3.3調(diào)質(zhì)硬化型塑料模具用鋼

　　調(diào)質(zhì)硬化型塑料模具用鋼大體有三類努隙。

　∏蛐簟（1）中碳合金結(jié)構(gòu)鋼型用作塑料模具鋼的有40Cr辜昵、42CrMo和38CrMoAl鋼等。

　　40Cr鋼調(diào)質(zhì)后有良好的綜合力學(xué)性能咽斧，比相應(yīng)的碳鋼強度高20％左右堪置，且有良好的低溫沖擊韌度和低的缺口敏感性，適于制作中型塑料模具糯锦。另外攒陋，40Cr鋼還可結(jié)合碳氮共滲工藝處理，進(jìn)一步提高耐磨性和抗蝕性值膝。

　　42CrMo鋼屬于高強度鋼筒煌，調(diào)質(zhì)后具有高強韌性，且有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力欺垛，低溫沖擊韌性良好拱宗。適于制造要求一定強度和韌性的大、中型塑料模具隆鹤。

　　38CrMoAl鋼是典型的滲氮鋼菜盒，調(diào)質(zhì)后滲氮處理，表面硬度高（大于850HV）并具有一定的抗蝕性汪请。適用于聚氯乙烯酪捏、聚碳酸脂有腐蝕性氣體及耐磨的注射模等。

　∶匙蟆（2）預(yù)硬化型塑料模具專用鋼层锄，目前，一些廠家能提供該類鋼的各種規(guī)格尺寸并經(jīng)預(yù)硬處理的模塊矿卑、扁鋼或圓棒（硬度28～40HRC）喉恋。用戶購置后可以直接加工成型使用。

　　SM3Cr2Mo鋼可用于多種塑料的注塑母廷、壓縮和吹塑成形的模具瀑晒，供貨硬度一般為28～36HRC，機加工機拋光性好徘意，適于制造大中型精密的塑料模具（一般模具厚度≤400mm）.

　　SM3Cr2NiMnMo鋼是3Cr2Mo的改進(jìn)型鋼苔悦，加入Ni后進(jìn)一步提高鋼的淬透性，強韌性和抗腐蝕性椎咧。預(yù)硬化后大模塊的整個截面硬度更為均勻玖详，適于制造特大型、大型塑料模具（模具厚度可大于400mm）和精密塑料模具勤讽。

　　長鋼三廠試制的10Ni3MnCuAl（NAK80）鋼類似日本牌號NAK80蟋座，屬高級鏡面塑料模具鋼。該鋼廣泛用于汽車、家用電器向臀、相機巢墅、電話、電腦等塑料制品模具隆文。該鋼市場前景看好美卒，附加值高。我國一直依靠進(jìn)口韧践，國內(nèi)上海某研究所和某廠生產(chǎn)過此鋼轿战。長鋼三廠預(yù)硬化扁鋼交貨，尤其大截面材（520×203mm）預(yù)硬化交貨是是國內(nèi)外型材尺寸的巨大突破随象。

　　該鋼采用低含碳量载蜓，并以Ni－Cu－Al三元合金為基礎(chǔ)添加少量提高淬透性的合金元素。在熱處理過程中通過析出Ni3Alε-Cu等彌散金屬間化合物和碳化物的時效硬化效應(yīng)聪蔬，獲得所需硬度肄绢。

　　（3）易切削預(yù)硬型塑料模具用鋼无价，塑料模具成型的切削加工量大函强，其切削加工性能顯得十分重要。加入一些元素及變質(zhì)劑觅冈，如S、Ca昵慌、Re等來改善鋼的切削假夺。

　　5CrNiMnMoVSCa鋼采用S-Ca復(fù)合易切削元素和噴射冶金技術(shù)，有較高的淬透性斋攀、高韌度已卷，預(yù)硬態(tài)（42HRC）仍具有好的切削加工性，而且具有良好的拋光性和焊補性淳蔼。適用于型腔復(fù)雜的塑料注塑模侧蘸、壓縮模或變形要求極小的大型塑料成型模鹉梨，也可用來制造透明塑料模讳癌。

　　Y55CrNiMnMoVS(SM1)改善了糙度和高淬透性，可用于大型鏡面塑料拇嬖恚或精密塑料模晌坤。

　　8Cr2MnWMoVS(8Cr2S)鋼用于預(yù)硬態(tài)硬度高（40～42HRC），耐磨性好旦袋，更適于制造硬質(zhì)塑料模具骤菠，不足之處抗腐蝕性稍差。

　　（4）淬硬型塑料模具用鋼刃傻，該類鋼成型后再熱處理（淬回火）引苇，硬度通常高于45～50HRC。尤其適用于受力大鸣谒，易磨損牌鹊、并受到周期性脫模沖擊和碰撞的熱固性塑料成型模。

　　常用的淬硬型塑料模具鋼有碳素工具鋼（T7~T12）,僅適用制造耐磨性較高隧鸠，但尺寸不大飒迅，受力較小、形狀簡單以及變形要求不高的塑料模懊玖。利用其淬透性低的特點來制造要求表面耐磨而心部有一定韌性的凹模是十分有利的泌弧。

　　低合金冷作模具鋼（9SiCr、9Mn2V力鹰、CrWMn翻框、9Cr-WMn、7CrSiMnMoV）腺首，主要用于制造尺寸較大信粮、形狀較復(fù)雜和精度較高、生產(chǎn)批量大趁啸、耐磨性好的塑料模强缘。

　　Cr12型鋼（Cr12、Cr12Mo1V1不傅、Cr12MoV）旅掂，Cr12型鋼適于制造要求高耐磨性的大型、復(fù)雜访娶、高壽命的精密塑料模商虐。

　　熱作模具鋼（5CrMnMo、5CrNiMo崖疤、4Cr5MoSiV秘车、4Cr3Mo2MnVbB），適于制造有較高強韌性劫哼、使用溫度較高和一定耐磨性的塑料模叮趴。4Cr3Mo2MnVbB最初是針對銅合金壓鑄模具而研制的。通過合理的成份配比权烧，使其在達(dá)到高的熱強度性及熱穩(wěn)定性的同時模博，又保持了良好的韌性、導(dǎo)熱性及工藝性能及抗冷熱疲勞性能鹤仲。

　　基體鋼對于大型攘调、精密剥讼、形狀復(fù)雜的型腔及嵌件，要求熱處理后具有優(yōu)良耐磨性的模具可考慮選用拾哈。

　∑蚍肌（5）時效硬化型塑料模具用鋼，時效硬化型塑料模具鋼含碳量較低染痊，并含有Ni细抠、Ti等合金元素，往往先經(jīng)固溶處理在低硬度下加工组救，成型后進(jìn)行時效處理喧丛，硬度提高至45～50HRC。適于制造形狀復(fù)雜辰车、高精度及透明塑料的模具缔直。不同的制件要求，可采用不同的加工工藝博其。

　　上海材料研究所研制的10Ni3MnCuAl新型塑料模具鋼套才，該鋼由于合金元素較少價格低廉，比MA2SIC馬氏體時效鋼更具有市場競爭力慕淡。并且具有優(yōu)良的鏡面性能和加工性能背伴，能滿足塑料模具用鋼要求，具有良好的發(fā)展前景峰髓。

　∩导拧（6）耐蝕塑料模具用鋼，耐蝕塑料模具鋼用于成形過程中釋放出腐蝕氣體的塑料模具携兵。常用有：Cr13型馬氏體耐蝕鋼疾掰、9Cr18高碳高鉻馬氏體不銹鋼、1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼及0Cr17Ni4Cu4Nb馬氏體沉淀硬化不銹鋼眉孩。

　　2Cr13、4Cr13鋼適于制造一般抗腐蝕介質(zhì)條件下的塑料模和透明塑料制品模勒葱。4Cr13鋼比2Cr13鋼有更高強度浪汪，可制造要求一定強度、較大截面的塑料模具凛虽，但耐蝕性稍差书吗。

　　9Cr18、9Cr18Mo鋼淬火后具有高硬度礁懂、高耐磨性和耐腐蝕性能女践，適于制造承受高耐磨、高負(fù)荷以及在腐蝕介質(zhì)作用下的塑料模具锣石。

　　1Cr17Ni2鋼對硝酸盹斟、大部分有機酸及其水溶液都有良好的耐腐蝕性能沟赏，適于制造含有這些腐蝕介質(zhì)作用的塑料模具。

　⊙媛ⅰ（7）無磁塑料模具用鋼提钟，國內(nèi)Mn15Cr2Al3V2Wmo鋼屬高M(jìn)n-V系無磁鋼，該鋼具有各種狀態(tài)下都能保持穩(wěn)定的奧氏體狀態(tài)藐檀，具有非常低的導(dǎo)磁系數(shù)锻转，適于制造無磁模具，生產(chǎn)磁性塑料制品晨墓。

　　4結(jié)論

　　模具鋼的材料和制造工藝是制件質(zhì)量的重要影響因素稽羔，研制高性能、完整的系列化模具鋼將有利于降低成本唐片、縮短成形周期丙猬、提高制件質(zhì)量，因此可以預(yù)知模具鋼性能的研究及新模具鋼的開發(fā)研制將會是將來的重點牵触。

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