塑料模具材料

随着塑料产量的提高和应用领域的扩大，对塑料模具提出了越来越高的要求，促进了塑料模具的不断发展。目前塑料模具正朝着高效率、高精度、高寿命方向发展，推动了塑料模具材料迅速发展。
我国目前用于塑料模具的钢种，可按钢材特性和使用时的热处理状态分类，见表3-2
表3-2 塑料模具用钢分类
类 别    钢 种    类 别    钢 种
渗碳型    20,20Cr,20Mn,12CrNi3A,20CrNiMo,DT1,DT2,0Cr4NiMoV    预硬型    3Cr2Mo,Y20CrNi3AlMnMo(SM2),5NiSCa,Y55CrNiMnMoV(SM1),4Cr5MoSiVS,8Cr2Mn－WMoVS(8CrMn)
调质型    45,50,55,40Cr,40Mn,50Mn,S48C,4Cr5MoSiV,38CrMoAlA        
        耐蚀型    3Cr13,2Cr13,Cr16Ni4Cu3Nb(PCR),1Cr18Ni9,3Cr17Mo,0Cr17Ni4Cu4Nb(74PH)
淬硬型    T7A,T8A,T10A,5CrNiMo,9SiCr,9CrWMn,GCr15,3Cr2W8V,Cr12MoV,45Cr2NiMoVSi,6CrNiSiMnMoV(GD)        
        时效硬化型    18Ni140级,18Ni170级,18Ni210级,10Ni3MnCuAl(PMS),18Ni9Co,06Ni16MoVTiAl,25CrNi3MoAl

对于我国传统常用的塑料模具钢，已有很多书藉资料作过详细的论述，本节主要介绍我国近年研制和从国外引进并已在生产中推广使用的塑料模具钢。
一、渗碳型塑料模具用钢
渗碳型塑料模具用钢主要用于冷挤压成形的塑料模。为了便于冷挤压成形，这类钢在退
火态须有高的塑性和低的变形抗力，因此，对这类钢要求有低的或超低的含碳量，为了提高模具的耐磨性，这类钢在冷挤压成形后一般都进行渗碳和淬回火处理，表面硬度可达58～62HRC。
此类钢国外有专用钢种，如瑞典的8416、美国的P2和P4等。国内常采用工业纯铁（如DT1和DT2）、20、20Cr、12CrNi3A和12Cr2Ni4A钢，以及国内最新研制的冷成形专用钢
0Cr4NiMoV（LJ）。现介绍两个典型钢种。
（一）0Cr4NiMoV（LJ）钢
1. 化学成分：表3-3是LJ钢的化学成分。
表3-3 LJ钢的化学成分（质量分数） （%）
C    Mn    Si    Cr    Ni    Mo    V
≤0.08    ＜0.3    ＜0.2    3.6～4.2    0.3～0.7    0.2～0.6    0.08～0.15

该钢含碳量很低，因而塑性优异、变形抗力低。钢中主加元素为铬，辅加元素为镍、钼、钒等，合金元素的主要作用是提高淬透性和渗碳能力，增加渗碳层的硬度和耐磨性以及心部的强韧性。
2.工艺性能：LJ钢具有良好的锻造性能和热处理工艺性。
锻造工艺：加热温度1230℃，始锻温度1200℃，终锻温度900℃。
退火工艺：加热880℃，保温2ｈ，随炉缓冷至（冷速约40℃／h）650℃后出炉空冷，退火硬度100～105HBS，可顺利地进行冷挤压成形。
固体渗碳工艺：加热930℃×（6～8）ｈ，渗后在850～870℃油淬，再进行200～220℃×2ｈ的低温回火，热处理后表面硬度58～60HRC，心部硬度为27～29HRC，热处理变形微小。LJ钢渗碳速度快，渗层深度比20钢深一倍。
3.实际应用：LJ钢冷成形性与工业纯铁相近，用冷挤压法成形的模具型腔轮廓清晰、光洁、精度高。LJ钢主要用来替代10、20钢及工业纯铁等冷挤压成形的精密塑料模。由于渗碳淬硬层较深，基体硬度高，不会出现型腔表面塌陷和内壁咬伤现象，使用效果良好。
（二）12CrNi3A钢
1.化学成分：12CrNi3A钢是传统的中淬透性合金渗碳钢，其成分见表3-4。该钢含碳量较低，加入镍、铬合金元素，以提高钢的淬透性和渗碳层的强韧性，尤其是镍，在产生固溶强化的同时，明显增加钢的塑韧性。与其它冷成形塑料模具钢相比，该钢的冷成形性属于中等。
表3-4 12CrNi3A钢的化学成分 （质量分数）    （%）
C    Si    Mn    Cr    Ni    P、S
0.09～0.16    0.17～0.37    0.30～0.60    0.60～0.90    2.75～3.25    ≤0.025

2.工艺性能：锻造加热温度为1200℃，始锻温度1150℃，终锻温度大于850℃，锻后缓冷，锻后必须软化退火。
退火工艺：740～760℃加热，保温4～6ｈ后以5～10℃／ｈ的速度缓冷至600℃，再炉冷至室温，退火后的硬度＜160HBS，适于冷挤压成形。
正火工艺：870～900℃加热并保温3～4ｈ后空冷，正火后硬度