我国的GB/T 1299—2000标准中只有两个牌号。国外主要模具钢生产企业都有本企业的塑料模具钢的钢种系列，如日立金属公司的塑料模具钢包括16个牌号，大同特殊钢公司有14个牌号，日本高周波钢业公司有14个牌号，奥地利BOHLER公司有12个牌号，瑞典UDDEHLM有10个牌号。美国ASTM-A681-87标准中规定的典型塑料模具钢（P系列）牌号为7个。
1.普通塑料模具钢的性能
塑料模具钢是国内发展得较滞后，到目前为止仍未形成完整系列的钢种。在20世纪90年代之前，国内常用的塑料模具钢仍然是碳质量分数为0.4%～0.6%的碳素结构钢，如45、40Cr、T10A、GCr15、CrWMn、5CrNiMo、5CrMnMo、Cr12、Cr12MoV等。国内先后开发了十余种新型塑料模具钢。
在塑料零件成型模具中，被压制的塑料种类、生产的批量、工件的复杂程度、尺寸精度和表面粗糙度等质量要求是决定塑料模具用钢选择的主要因素。
塑料大致可分为热固性塑料和热塑性塑料两大类，每类又分为不同的品种。由于压制塑料的品种不同，以及对塑料制件的尺寸、形状、精度、表面粗糙度等的不同要求，对塑料模具用钢的耐磨性、耐蚀性、耐热性、耐压性、磁学性能、微变形和镜面抛光性能等有不同的要求。
（1）通用型塑料模具用钢 通用型塑料模具用钢用于生产通用型塑料（如聚乙烯、聚丙烯）工件的模具。当生产批量较小，尺寸精度和表面粗糙度无特殊要求而且模具截面不大时，可以采用SM50、SM55碳素结构钢或10、20低碳钢制造，前者采用调质或正火处理，后者采用渗碳加淬回火处理。低碳钢由于变形抗力低、塑性好，主要使用于采用冷挤压成型的方法压制模具型腔制造模具。
当生产批量较大、模具尺寸较大或形状复杂、精度要求高的工件，则采用淬透性较高的合金模具钢，如3Cr2Mo、3Cr2NiMnMo、4Cr5MoSiV1、5NiSCa、8Cr2MnSiWMoVS；合金渗碳钢，如20Cr、20Cr2Ni4、12CrNi3A、20CrMnMo等制造。前者采用淬火、高温回火处理；后者采用渗碳加淬回火处理。但采用冷挤压方法压制模具型腔的生产工艺制造模具时，则采用合金渗碳钢。
（2）非合金型塑料模具钢 主要用于制造生产通用型热塑性塑料生产工件批量不大，技术要求不太严格制件模具。如20、45等碳素结构钢和T8、T10等碳素工具钢。
一般采用中碳结构钢，如S50C、S55C等，在退火态或轧制状态或正火状态下使用。但近些年来，为了改善切削性能，开发了易切削钢种。
（3）耐磨塑料模具用钢 为了生产强化工程塑料制件（如加入纤维强化的热塑性工程塑料制件）用的或热固性塑料挤压成型用的模具，采用耐磨性好的模具钢。当生产量较大时选用4Cr5MoSiV1、Cr12MoV、Cr12Mo1V1等钢种制造，经淬火回火后使用。为了提高耐磨性，可进行表面处理。
（4）渗碳型塑料模具钢 渗碳型塑料模具钢一般为C、Si含量很低的低碳钢或低碳合金钢，以保证钢在常温下具有高塑性和很低的变形抗力，以便进行型腔的冷挤压，挤压成型腔后进行渗碳淬火、回火，使模具表面具有高硬度和抗磨损性能，一般用于制造要求耐磨性较高的热固性塑料模具和增强塑料模具。
采用冷挤压反印法制造模具型腔，可以采用合金渗碳钢。这类钢种在退火状态下塑性很好，较容易挤压成型，为提高型腔的耐磨性，冷挤压后需要进行渗碳，然后淬火和低温回火。这种模具表面具有高的硬度和耐磨性，而心部具有很好的韧性，而且模具互换性好。常用的牌号，如美国ASTMA681的标准牌号P2～P6；国际标准化组织ISO标准中的5CrMo4、7CrMoNi；我国常用的20Cr、12CrNi2、12CrNi3、20CrMnTi、20Cr2Ni4等。
（5）预硬化易切削塑料模具钢 预硬型塑料模具钢采用中碳合金钢预先经过淬火和高温回火状态下（硬度为30～40HRC）供货。代表性的牌号如美国的P20、瑞典ASSAB公司的718，日本大同特殊钢公司的PDS5，我国的3Cr2Mo等。
为避免大、中型精密塑料模具热处理后变形，保证模具的精度和使用性能，相继研制开发了预硬化型塑料模具钢。此类钢一般是中碳低合金钢，在调质（30～40HRC）后切削加工成型，然后直接投入使用，主要用于制造复杂、精密和长寿命的大、中型塑料模具。
3Cr2Mo是国内较早开发的塑料模具钢，与AISIP20相当，目前已在许多钢厂生产。在使用时，一般先进行预硬处理，即先850～880℃淬火，580～640℃回火，预硬化硬度至28～35HRC，然后再进行切削加工。该钢适用于制造大、中型精密塑料模具，如电视机、洗衣机壳体等塑料模具，并已获得较大量应用。另外，也可用于制造锌合金压铸模具。除3Cr2Mo外，国内先后开发的5NiSCa、8Cr2、P20BSCa、SM1等是易切削型预硬塑料模具钢，在这些钢中加入了S、Ca、Pb、Se等元素以改善预硬钢的加工性能。如5NiSCa钢预硬硬度为39HRC时，磨削力比25HRC的40Cr的磨削力还小。此类钢不仅适用于制造大、中型精密注塑模具，还可用于制造精密冷作模具。
目前大量应用的预硬化钢，是在钢厂预先热处理到一定的硬度供货的钢材。其中易切削钢预硬化硬度为35～50HRC，一般切削钢预硬化硬度为28～35HRC，然后由用户直接作切削加工成型，不再经过淬火，因而可有效地避免模具淬火变形开裂，并能缩短制模周期、节约能源和降低生产成本。
为了改善钢的可加工性，可向钢中添加易切削元素，形成易切削相。常用的有：
1）S系易切削钢。在含S钢中加适量的Mn（Mn/S≥4），由于形成较多的低强度MnS夹杂，破坏钢的基体连续性，并降低刀具与材料间的摩擦系数，所以其可加工性能优良，但使钢的横向力学性能下降。
2）Ca系易切削钢。钢在熔炼脱氧时，加入微量的Ca，通过改变氧化物、硫化物夹杂物的形态来改善钢的可加工性。该钢较纯净，对力学性能没有不利的影响。
3）Ca-S复合系易切削钢。在含S钢中加适量的Ca，可对MnS形态进行变质处理，使其由长条状变为纺锤状并均匀分布，改善了钢的等向性能并易于切削。研究表明：这些纺锤状的（Mn、Ca）S夹杂基本不影响钢的镜面抛光性，其原因可能是（Mn，Ca）S相在磨削和抛光过程中起“固体润滑剂”作用的结果。
4）Re-S复合系易切削钢。钢中加入适量的Re能使钢净化及细化组织，并对硫化物夹杂有变质作用，使MnS转变成球状分布的稀土硫化物、稀土氧硫化物以及纺锤状的（Re，Mn）S夹杂物，使钢易于切削，并改善钢的横向力学性能。
5）Re-Ca-S复合系易切削钢。由于Ca、Re的变性作用，钢中生成球状或纺锤状的（Mn，Ca）S-Re2S3夹杂物并均匀分布，使钢具有优良的可加工性和镜面抛光性，并显著改善钢的横向力学性能。
上述的易切削钢中有四种含有质量分数为0.06%～0.15%的硫，含硫钢与低硫钢相比，前者具有较低的冲击韧度。但由塑料模具的使用条件可知，塑料制件在注塑成型过程中所受的冲击载荷是很小的，这种韧性的下降并不影响模具的寿命。此外，含硫钢的表面抛光性要比低硫钢的稍差一些（在相同硬度下比较），但含硫钢可选用较高的预硬硬度来满足镜面加工的要求。还有含硫钢的防腐蚀能力稍差，抛光后应注意模具的防锈保养。
（6）整体淬火高硬度塑料模具钢 压制复合强化塑料的模具，要求有较高的耐磨性，多采用整体淬硬塑料模具钢。一般借用冷作模具钢（如SKD11，SKD12等）和热作模具钢（如SKD61等）。但近年来，为了改善钢的韧性、耐回火性、组织均匀性和可加工性能，国外模具钢生产的主要企业发展一些新的钢种，如日立金属的HPM31、FDAC，高周波的KD21和大同特殊钢的PD613、DH2F等钢种。
一般都是借用高耐磨性冷作模具钢及热作模具钢。如Cr5Mo1V（A2）和Cr12Mo1V1（D2）等冷作模具钢和4Cr5MoSiV1等热作模具钢。
（7）时效硬化型塑料模具钢 由于时效温度低，变形小，而且有规律，适用于制造形状复杂，尺寸精度要求高的模具，如美国ASTM标准牌号P21，日本大同特殊钢公司的NAK55（2Ni2A1CuMoS），NAK80，我国的25CrNi3MoAl等。(www.xing528.com)
根据制造高精度、复杂塑料模具的需要，国内先后开发出几种时效硬化型塑料模具钢，如PMS、25CrNi3MoAl、SM2、06Ni等。此类钢一般含较低的碳，以及含Ni、Al、Ti、Cu、Mo等合金元素，在固溶后硬度较低（一般≤32HRC），可以被较容易地切削加工，加工后再时效处理，以获得所需要的使用性能。由于时效温度低，时效后模具变形很小，所以适用于制造高精度、复杂的热塑性模具。
PMS钢经（850±20）℃固溶后，硬度为30～33HRC。经500℃左右时效后，弥散析出硬化相Al3Ni，基体硬度随之上升至38～43HRC。该钢具有优良镜面加工性能，模具表面粗糙度Ra可达0.05μm，适用于制造要求高镜面、高精度的各种热塑性塑料制件模具，如光学仪器、镜片模具，磁带内外壳和电话机、石英钟、车辆灯具等塑料壳体模具。SM2钢含质量分数为0.1%左右的硫，可加工性能得到了改善，是一种易切削型号时效硬化塑料模具钢。
（8）耐腐蚀塑料模具用钢 该类钢用于制造腐蚀性较强的塑料成型模具（如聚氯乙烯及阻燃塑料），要求该类钢具有一定的硬度、强度和耐磨性能。一般用质量分数为13%～18%Cr型马氏体不锈钢和沉淀硬化型不锈钢。根据含碳量的不同，可以分为低碳镍铬型耐蚀钢（如1Cr17Ni2）、中碳高铬型耐蚀钢（如4Cr13）、高碳高铬型耐蚀钢（如9Cr18Mo）。国外各主要的模具钢的生产厂通过改良，发展一些类似的新钢种。如BOHLER公司的M300、M310、M314等钢种、美国的CRUCI-BLE公司的420MOD、UDDEHOLMTOOLINGAB公司的STAVEX等。
我国各类耐蚀塑料模具钢，主要使用2Cr13、3Cr13、4Cr13，近些年来引进了3Cr17Mo比4Cr13具有更好的耐蚀性能，研究开发了5Cr17MoV钢，该钢具有良好的综合使用性能。
有些塑料制件如聚氯乙烯、氟化塑料、阻燃塑料等在压制过程中对模具有腐蚀作用，因此，对此类塑料模具一般采用马氏体不锈钢和沉淀硬化型不锈钢，如瑞典ASSAB公司的STVAX（4Cr13）、我国研制的PCR等。其中代表性的有4Cr13、9Cr18、Cr17Mo、Cr14Mo等，经淬火后使用。
当较大批量地生产聚氯乙烯、氟化塑料、阻燃塑料等塑料制件时，模具需耐氟、氯等卤族元素气体的腐蚀，为此需在模具钢表面镀铬或直接采用耐腐蚀钢。
国内开发的耐腐蚀塑料模具钢代号PCR属于马氏体沉淀硬化不锈钢，在1050℃固溶（空冷）后得到单一的板条马氏体组织，硬度为32～35HRC，经480℃左右时效后，析出弥散强化相CuNi，硬度上升到39～44HRC。该钢在含有氟、氯等离子的腐蚀性介质中的耐蚀性明显优于17-4PH，适用于制造含氯、氟或混入阻燃剂的热塑性塑料的注射模具。
（9）非调质型预硬塑料模具钢 该类钢通过合理的化学成分配比，不需要调质处理，经过锻、轧加工空冷后可实现预硬化，硬度一般为30～40HRC，不需要再进行调质处理。为改善可加工性能，有些钢中还添加了适量的P、S和Ca。该类钢可节约能源和生产成本，缩短生产周期，具有良好的应用前景。国内对非调质塑料模具钢的开发较晚，FT、2Cr2MnMoVS和2Mn2CrVCaS是近几年开发的新钢种。经锻、轧加工和空冷后，FT钢直径为ϕ100mm圆钢的硬度可以达到30～35HRC。
锻（轧）后直接得到要求的硬度，一般为30～40HRC。如我国的3Cr2MnMoVS钢等。
2.特种塑料模具钢的性能
为了适应塑料模具制造过程中的一些对钢的工艺性能的特殊要求，发展了以下四类专用的特种塑料模具钢种。
（1）镜面磨削用塑料模具钢 光学塑料镜片、透明塑料制件以及外观光洁、光亮、质量高的各种热塑性塑料壳体件成型模具，国外通常选用表面粗糙度低、光亮度高、变形小、精度高的镜面塑料模具钢制造。镜面性能优异的塑模钢，除要求具有一定强度、硬度外，还要求冷热加工性能好，热处理变形小。特别是还要求钢的纯洁度高，以防在镜面出现针孔、桔皮、斑纹及锈蚀等缺陷。
镜面塑料模具钢具有良好的冷热加工性能和综合力学性能，热处理工艺简便，变形小，淬透性高，适宜进行表面强化处理，在软化状态下可进行模具型腔的挤压成型。
纯净度、致密度高，材质均匀性好，且淬回火硬度较高。适用于制做光学仪器、电子设备的透明制件。如瑞典材料S136，日本大同特殊钢公司的S-STAR，国产的PMS等。
（2）高镜面塑料模具钢 压制对精度和表面粗糙度数值要求很低的塑料制件，如光学仪器零件，家用电器零件等，对成型模具型腔的表面粗糙度数值要求很低，需要采用纯净度和致密度很高的模具钢如3Cr2Mo、3Cr2NiMnMo、4Cr5MoSiV1、Cr12Mo1V1、25CrNi3MoAl等，或马氏体时效钢如18Ni-250，18Ni-300及低镍马氏体时效钢06Ni等。
（3）高焊接性塑料模具钢 此类钢焊接性能很好，可以避免或简化焊前预热或焊后处理工艺，以便模具的堆焊修复工作。如日本大同特殊钢公司开发的PXZ、PX5及NAK55等。
高可焊性塑料模具钢是一般用于要求采用堆焊工艺可修复的材料，为了简化焊接工艺，国外发展一些专用钢种，焊前可不预热，焊后可不后热。
（4）无磁塑料模具用钢 为了压制磁性塑料制件，国外发展了一些加钒的高锰奥氏体组织的无磁模具钢，通过VC的沉淀硬化作用，可以使钢的硬度>40HRC，如日立金属的HPM75。我国也研制了一些无磁钢，同样也可用作热作模具钢，如7Mn15Cr2A13V2WMo。
3.美国塑料模具钢简介
美国是最早在工具钢中列出塑料模具专用钢的国家，以P来表示为主，共分为五类。
（1）渗碳型塑料模具钢 包括P1、P2、P3、P4、P5、P6。这类钢含碳量很低，主要是美国早期及用挤压成型制模法，要求冷塑性好，有高的挤压性能，成型后表面渗碳淬火提高表面硬度，使用寿命长。心部超低碳可使淬火时变形量最小。
（2）调质型塑料模具 包括P20、P21。目前塑料模具中P20的用量很大，已成为主体，大多数在预硬状态时使用。
（3）中碳合金工具钢 用于热固性塑料模，牌号有H13、L12、S7、O1和A2。这一类的特点是：基本属二次硬化合金钢，500～600℃时的热强性好；含铬较高，大气腐蚀性好；淬透性极好，适用于大模块。
（4）不锈钢 用于耐蚀性要求高的塑料模，主要牌号有420、414L、440、416。
（5）时效钢 是经过时效处理而获得高的使用性能，包括P21低碳Ni-Al时效钢和18Ni马氏体时效钢。后者是用于宇航工业的无碳高纯度、高强度、高韧性的材料。用于力学性能、尺寸精度、光洁度和耐蚀性都要求高的塑料模具中。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
