橡塑模具如何选择模具钢（下）
时间:2025-03-08 14:44来源:德松官网 作者:德松模具钢
选择合适的材料不仅仅是看它的性能指标，更重要的是要考虑它在特定应用中的优势与限制，从而做出适当的选用。
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在选择模具材料时，重要的是要认识到没有一种材料能在每一方面都表现出色。这一过程本质上是一种平衡的艺术，旨在发挥材料的长处，同时尽可能减少其短处的影响。因此，选择合适的材料不仅仅是看它的性能指标，更重要的是要考虑它在特定应用中的优势与限制，从而做出适当的选用。
A】耐腐蚀型橡塑模具钢
在生产以聚氯乙烯或是添加含有阻燃剂为原料的塑料制品时，模具材料必须具有一定的耐蚀性。常用来制作塑料模具的耐蚀钢有3Cr13模具钢、4Cr13/S136模具钢、9Cr18模具钢、Crl8MoV模具钢、Crl4Mo模具钢、Cr14Mo4V模具钢、1Cr17Ni2等不锈钢和马氏体时效不锈钢。
★ （a-1）高碳高铬型耐蚀钢
常用于制作塑料模具的高碳高铬型耐蚀钢有9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo、Cr14Mo4、PCR、AFC-77、4Cr13、1Cr17Ni2钢等。
高碳高铬耐蚀钢属于莱氏体钢，必须通过锻造使粗大碳化物均匀分布。钢坯的锻造加热温度为1100~1130℃，始锻温度为1050~1080℃，终锻温度为850~900℃。锻后砂冷或灰冷。为降低锻造后的硬度，改善可加工性，并为淬火作好组织准备，锻后应进行球化退火，退火组织为粒状珠光体和均匀分布的粒状碳化物，退火硬度为179~255HBW。
★ （a-2）中碳高铬型耐蚀钢（4Cr13/S136)
4Cr13/S136属于马氏体不锈钢，严格地讲，只能耐大气和水蒸气腐蚀，在热处理后能获得较高的硬度和耐磨性，可用于制造要求一定耐蚀性的塑料模具。
4Cr13模具钢的软化处理，可以采用在750~800℃温度进行高温回火2~6小时，也可采用在875 ~ 900℃温度保温1~2小时，以15~20℃/小时的速度冷至低于600℃出炉空冷，退火硬度为170~ 200HBW。
4Cr13钢的淬火温度一般选择在1040~1060℃，4Cr13钢通常在两种回火状态下使用，当要求高硬度和高耐蚀性时可在200~350℃温度回火；当要求强度、塑性和冲击韧度有最佳配合，且耐蚀性又较高时，则采用650~750℃回火。
★ （a-3）低碳铬镍型耐蚀钢(1Cr17Ni2)
1Cr17Ni2钢属于马氏体型不锈耐酸钢，对于氧化酸类、盐类的水溶液有良好的耐蚀性，1Cr17Ni2钢具有较高的强度和硬度，而且耐蚀性能较4Cr13好，缺点是有脆性倾向，焊接性较差。
1Cr17Ni2钢的淬火温度一般为1000℃，与4Cr13不锈钢一样，也是在淬火后低温回火或高温回火具有最好的耐蚀性。淬火后经250~300℃回火，基体组织为回火马氏体，钢强度、硬度较高，耐磨性好，而且具有高的耐蚀性。回火温度在600~700℃，钢的基体组织为回火索氏体，具有较好的强度与韧度配合，而且也具有较高的耐蚀性。
★ （a-4）PCR模具钢（0Cr16Ni4Cu3Nb）
PCR钢是一种马氏体沉淀硬化不锈钢，因碳含量低，耐腐蚀性和焊接性都优于马氏体型不锈钢，而接近奥氏体不锈钢。PCR钢热处理工艺简单，经1050℃固溶处理后空冷可获得单一的板条马氏体组织，硬度为32~35HRC，具有良好的可加工性。经460~480℃时效处理后，由于马氏体基体析出富铜相，使强度和硬度进一步提高，达44HRC，同时获得较好的综合力学性能。
PCR钢经时效处理后，工件仅有微量变形，其抛光性能良好，抛光后在300~400℃进行PVD表面离子镀处理，可获得大于1600HV的表面硬度。因此，PCR钢适于制造要求高耐磨、高精度和耐腐蚀的塑料成型模具，如氟塑料、加阻燃剂塑料、聚氯乙烯成型模具。
B】时效硬化型橡塑模具钢
对于复杂、精密、高使用寿命的塑料模具，模具材料在使用状态必须有高的综合力学性能，为此，必须采用最终热处理。但是，采用一般的最终热处理工艺，往往导致模具的热处理变形，即模具的精度就很难达到要求。而时效硬化型橡塑模具钢在固溶处理后变软（一般为28~34HRC），可进行切削加工，待冷加工成形后进行时效处理，可获得很高的综合力学性能。
时效热处理变形很小，而且这类钢一般具有焊接性能好，以及可以进行渗氮等优点，适用于制造复杂、精密、高使用寿命的橡塑模具。时效硬化型橡塑模具钢主要包括两种类型，即马氏体时效钢和析出硬化型钢。
★ （a-1）马氏体时效钢
自1959年马氏体时效钢出现以来，由于这类钢具有高的强度/密度比、良好的可加工性和可焊性，以及简单的热处理工艺等优点，立即受到宇航工业的高度重视，得到了迅速的发展。其中最为典型的钢号是18Ni马氏体时效钢，它们的屈服强度为1400~3500MPa，典型牌号有18Ni（200）、18Ni（250）、18Ni（300）、18Ni（350）、06Ni6CrMoVTiAl等。对于模具而言，所要求钢材具备的性能比宇航工业低，对冶金质量及性能的要求可适当降低，并为此发展了一些低钴、无钴、低镍的马氏体时效钢，如06Ni6CrMoVTiAl钢，从而使钢材的成本大幅度下降。
马氏体时效钢是不同于常规钢种的超高强度钢，它不是由于碳含量而强化的，这种钢是由于很低碳含量的马氏体基体时效硬化时，发生金属间化合物沉淀而强化的，强度与淬透性无关。事实上，碳在马氏体时效钢中是杂质，要控制在尽可能低的范围内。
马氏体时效钢在冷却时奥氏体转变为马氏体，在达到Ms温度和形成马氏体以前没有相变。大工件即使很慢冷却也只产生马氏体，而不会出现大尺寸截面淬透性不足的问题。马氏体时效钢的热处理工艺。马氏体时效钢固溶处理后的硬度很低，一般在28HRC左右，可以进行切削加工，而时效的温度较低，对模具表面质量的影响不大。
06Ni6CrMoVTiAl钢，代号06Ni，属低镍马氏体时效钢，价格比18Ni类马氏体时效钢低得多，此钢的突出优点是热处理变形小。经850℃固溶处理1小时后硬度为25~28HRC，具有良好的可加工性和抛光性能。06Ni钢固溶处理后，采用的冷却方式不同，对固溶及时效硬度的影响很大。如固溶后空冷，硬度为26~28HRC，油冷硬度为24~25HRC，水冷硬度为22~23HRC。固溶后的冷却速度越快，硬度越低，但时效后的硬度却越高。
时效工艺为500~540℃时效4~8小时，一般采用520℃时效6小时，硬度为43~48HRC，组织为板条马氏体加析出的强化相Ni3Al、Ni3Ti、TiC、TiN，具有良好的综合力学性能和一定的耐蚀性，并可以进行渗氮、镀铬。06Ni钢已分别应用在化工、仪表、轻工、电器、航空航太和国防工业部门，用以制作光盘盒、照相机、传真打印机等零件的塑料模具，均收到良好的效果。
★ （a-2）析出硬化型时效钢
析出硬化型时效钢所含的合金元素（质量分数）比马氏体时效钢少，特别是含镍量少得多。材料也是在固溶处理状态下，硬度为30HRC左右，可以进行切削加工，制成模具后再进行时效处理，使硬度达到40HRC左右，而时效变形量很小，约在0.01%左右，适用于制造高硬度、高强度和高韧度的精密塑料模具，典型钢号有25CrNi3MoAl、10Ni3MnCuAlMo（NAK80模具钢/PMS钢）、Y20CrNi3AlMnMo（SM2）、P21模具钢等。
固溶处理的目的在于得到细小的板条马氏体，以提高钢的强韧性；固溶淬火后的马氏体硬度较高，为降低钢的硬度，需进行高温回火，而高温回火工艺的选择，既要使马氏体充分分解，又要避免NiAl相的脱溶析出。钢材的最终性能是通过时效处理得到的，为了使析出硬化钢在时效过程中脱溶NiAl相而强化，必须在NiAl相溶温度范围内进行时效处理。
★ （a-3）25CrNi3MoAlM模具钢
25CrNi3MoAl钢为低Ni无Co型Ni-Mo-Al系，析出硬化型马氏体时效钢，适用于制造变形率要求在百分之五以下、镜面要求高或表面要求光刻花纹的普通及精密塑料模具，经软化处理后，可通过冷挤压成形。25CrNi3MoAl钢的特点是镍含量低，价格远低于马氏体时效钢，也低于超低碳合金时效钢。调质硬度为230~250HBW，有良好的切削性能和电加工性能，时效硬度为38 42HRC，时效变形可控制在0.05%范围内。镜面研磨性好，表面粗糙度可达Rą0.2 0~025um，表面光刻侵蚀性好，光刻花纹清晰。焊接修补性好，时效后焊缝硬度和基体硬度相近。
用作一般精密塑料模具时的热处理工艺为经880℃固溶处理后水或空冷，硬度为48~50HRC，再经680℃回火5小时，硬度为22~23HRC。加工成形后经540℃时效6小时，硬度为39~42HRC，时变形率约为-0.039%，经研磨或光刻花纹后装配使用。由于析出硬化钢的时效温度范围与渗氮温度范围相当，故时效处理与渗氮处理可以同时进行，提高模具表面的耐磨性和抗咬合能力。用作高精密塑料模具时，加工工艺基本与上述工艺相同，只是在粗加工和半精加工后，进行一次650℃保温1小时的去应力处理，时效变形率仅为-0.01%-0.02%。
★ （a-4）PMS模具钢（10Ni3MnCuAIMOS）
PMS钢属马氏体析出硬化型镜面塑料模具钢，此钢采用低的碳含量，在热处理时析出NiAl、CuAl、CuNi等弥散的金属间化合物，获得所需的硬度。PMS钢具有良好的锻造性能，锻造加热温度为1130~1160℃，始锻温度1100~1120℃，终锻温度>850℃，锻后灰冷。锻后不必退火，即可进行机械加工。
PMS钢的固溶加热温度为840~900℃，一般选用870℃固溶处理1小时后空淬，硬度30~35HRC，具有良好的冷热加工性能，在零件制作成形后，经490~500℃时效处理，硬度在45HRC左右，具有良好的综合性能和镜面加工性能，且变形极小。PMS钢中含有一定量的Al，因此，特别适宜于进行表面渗氮或氮碳共渗处理，处理后的硬度可达1000HV以上，其时效温度与渗氮温度相近，故渗氮时可同时进行时效处理。用于要求有高镜面要求的精密模具，是理想的光学透明塑料制品的成型模具材料。
PMS钢还具有良好的焊接性能，补焊区域硬度为30HRC左右，可以进行机械加工，钢中不含S等易切削元素，补焊时没有SO2气体逸出，补焊质量优良，为模具补焊修复提供了方便。含碳量在下限时，PMS钢实际上是一种Fe-Ni-Al-Cu合金，可以挤压成形，对于形状复杂的模具，这一优点显得特别重要。PMS钢表面经机械加工和抛光后，表面粗糙度R≤0.05um，抛磨时间较45钢可缩短50%，而表面质量比45钢高1倍。并且表面洁净耐蚀，无针孔斑块缺陷，图案蚀刻性能绝佳。PMS钢表面耐蚀性高，在盐酸溶液中加热沸腾时，有极好的耐蚀性，腐蚀率只有2Cr13钢的1/6~1/8。
★ （a-5）SM2模具钢（Y20CrNi3 AlMnMo）
SM2 钢属含硫系中合金时效硬化易切削预硬钢，它具有良好的综合力学性能和加工工艺性能、优良的镜面抛光性能，可渗氮。用于高精度模具。
SM2钢中加入Al，在时效时可以析出硬化相Ni3Al。加入Cr的主要作用是提高钢的淬透性，因此SM2钢比PMS钢的淬透性稍高，加入S和Mn，可以形成易切削相MnS，因此，SM2钢的可加工性优于PMS钢。
SM2钢的锻造工艺与SM1钢相同，锻后不必退火。SM2钢的固溶加热温度为870~930℃，一般选900℃固溶处理2小时后油冷，硬度为42~45HRC，700°C高温回火2h后油冷，硬度为28HRC，具有良好的切削性能，加工成形后经500~520℃时效处理，硬度为40HRC。对于要求型腔表面光洁、精度较高的模具，可在此硬度下进行精加工，抛光表面。SM2钢具有良好的渗氮、氮碳共渗、离子渗氮、氧氮共渗工艺性能。
橡塑模具如何选择模具钢（上）▶▶
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