模塑料模具钢材料与模具热处理工艺

  塑料成形用模具产值已在模具工业总产值中占首位。中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。
 
  1、预硬型塑料模具钢
 
  这类钢在钢厂经过充分锻打后制成模块，预先热处理至要求的硬度（一般预硬至30~35RHC）后，供使用单位制模。P20（即3Cr2Mo）是国外使用最广泛的预硬塑料模具钢，已列入我国合金工具钢标准，八十年代以来已在我国一些工厂广泛采用。718是瑞典生产的改型P20钢，较P20有更高的淬透性，调质后可在大截面尺寸保持硬度均匀一致，亦在我国得到较广泛地使用。
 
  2、易切削预硬钢
 
  为了改善预硬塑料模具钢的被切削性能，可加入易切削元素。美国、日本、德国都发展了一些易切削预硬钢。国外易切削预硬钢主要是S系，也有S-Se系、Ca系。但Se价格较贵。S系易切削钢的各向异性较大，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（8Cr2S）和S-Ca复合易切削塑料模具钢5CrNiMnMoVSCa（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,在大截面中硫化物的分布仍比较均匀。5NiSCa钢有高的淬透性和镜面抛光性，模具硬度为35~45HRC时，可顺利进行各种加工。
 
  3、非调质塑料模具钢
 
  这种钢不经调度处理，锻、轧后可达到预硬硬度，有利于节约能源、降低成本、缩短生产周期。我国开发的这类钢有：中碳锰硼系空冷贝氏体钢、可用于制作塑料模和橡胶模；非调质塑料模具钢2Mn2CrVTiSCaRe(FT),钢中加入S、Ca、Re做为易切削元素，比S-Ca复合系易切削钢有更好的切削性能；低碳MnMoVB系非调质贝氏体型大截面塑料模具钢（B30），钢中加入S、Ca作为易切削元素，工业试生产表明400mm厚板坯热轧后空冷，硬度沿截面分布较均匀。
 
  4、时效硬化钢
 
  我国开发了几种低镍时效硬化钢，这些钢经调质后进行机械加工，再经时效，通过析出金属间化合物提高硬度，热处理后变形很小。时效硬化钢适于制作高精度塑料模具、透明塑料用模具等。
 
  这类钢有25CrNi3MoAl、10Ni3Mn2AlCu（PMS）和06Ni6CrMoVTiAl等钢。这些钢经调质后，硬度为20~30HRC，可进行机械加工，再经时效，硬度可达38~42HRC、。
 
  5、耐蚀塑料模具钢
 
  塑料制品在以化学性腐蚀塑料为原料时，模具需具有防腐蚀性能，一般采用耐蚀钢制造模具，此时还要求有较好的耐磨性。常用的钢种为4Cr13(420)、9Cr18、17-4PH。PCR(0Cr16Ni4Cu3Nb)是我国开发的一种耐蚀塑料模具钢，有较好的综合力学性能良好的抗蚀性。
 
  5、硬质合金和钢结硬质合金
 
  硬质合金是用粉末冶金方法制造的一类复合材料。硬质合金的硬度很高、耐磨性好，有高的弹性模量和高的使用工作温度。用于制作某些模具，模具使用寿命可提高数倍、数十倍以上。但硬质合金较脆，抗弯强度和韧性较差，且不能进行机械加工。硬质合金作为模具材料，主要用于拉丝模具、受冲击力不大的冷挤和冷冲模具等。目前,我国已可生产各类牌号的硬质合金，基本上可以满足国内市场的需要。
 
  为了满足制造集成电路板钻孔用的微型钻头、计算机用的点阵打印针、精密工模具等的需要，近年来，各国都研制出一些微晶（WC晶粒小于1微米）和超细晶粒硬质合金（WC晶粒小于0.6微米）,传统的硬质合金中，WC晶粒尺寸为1.3～1.5微米。超细晶粒硬质合金弥补了常规硬质合金的许多不足，扩大了其应用范围，在制造耐磨耐冲击工模等方面取得了良好的效果。我国一些研究单位和硬质合金厂已研制出多种牌号的微晶硬质合金和超细晶粒硬质合金。开发高性能超细晶粒硬质合金目前仍是硬质合金研究的热点。
 
  钢结硬质合金是以碳化物为硬质相，钢作粘接相形成的复合材料。钢结硬质合金有良好的耐磨性，其强度和韧性一般高于硬质合金，并具有可热处理性、可切削加工性、可锻性和可焊性这样一些工艺性能。模具是钢结硬质合金的主要应用领域。我国于60年代开始研制这种材料，已研制成多种牌号的钢结硬质合金，用作模具的钢结硬质合金，硬质相主要用TiC和WC，钢的基体主要采用低合金铬钼钢、中高合金工具钢或高速钢，如TiC系的GT35、R5、D1、T1和WC系的TLMW50、GW50、GJW50。钢结硬质合金已用于制作冷镦模、挤压模、拉伸模、冲裁摸、拉丝模、热镦模等。
 
  粉末冶金技术的发展和热等静压的应用，导致七十年代无偏析粉末高速钢的生产和使用，其主要特点是强韧性、可磨削性、等向性、热处理工艺性都优于一般高速钢，并有比较高的使用寿命。以后用此技术生产常规工艺无法生产的高碳高钒高耐磨冷模具钢，这类钢有较好的切削加工性和磨削性能，并有较好的韧性，制成的模具使用寿命与一些硬质合金相近。国外已生产多种牌号的粉末冶金高耐磨冷模具钢，国内尚少研究。