塑料模具钢的性能及定位

如前所述，JIS标准当中并未制定塑料模具钢的内容。外国标准当中，美国的AISI标准将利用冷挤成形方式制模并经渗碳后使用的低碳-Ni-Cr-（Mo）钢作为P2～P6钢种制定成标准^[36]。

用于机械加工制模的钢材当中，P20（0.34%C-0.80%Mn-1.7%Cr-0.43%Mo）和P21（0.20%C-0.30%Mn-≤0.50%Cr-4.1%Ni-0.20%V-1.15%Al）较为著名，通常在30～36HRC的预硬状态下得到使用。还有作为耐蚀钢标准，也有三种13Cr～17Cr的马氏体系不锈钢。另外，欧洲厂家制造出以P20钢为基础的改良钢种。除此之外，热作模具钢、冷作模具钢、表面硬化钢、渗氮钢、析出硬化钢等也得到了应用^[37]。

表4-17为塑料模具钢的化学成分及性能要求。作为参考，将塑料模具钢的牌号对照表列于表4-1^8[38]中。表中数据自上而下按硬度及合金化程度由低到高排列，并按模具制作时是否需要热处理大致分为预硬钢和淬火回火钢。如图4-39所示，预硬钢是指材料厂家预先进行热处理后提供的模具钢，模具厂家可加工成模具后直接交付使用，而无须热处理。最近，随着加工设备及刀具的发展，即使硬度超过50HRC的材料也可切削加工。不过，对应工业上大量生产所用的硬度约为40HRC，所以通常预硬钢的硬度上限也大致在40HRC。

表4-17 塑料模具钢的化学成分与性能比较

注：性能中的数字含义为1（差）→5（良好）。

表4-18 塑料模具钢牌号对照表

（续）

①耐锈。

图4-39 预硬钢的特点(www.xing528.com)

塑料模具钢种群主要有低硬度的碳素工具钢及其改良钢、铬钼钢、析出硬化型钢种及相当于SKD61钢的易切削钢（大同DH2F）等。低C-Ni-Al-Cu系析出硬化型钢是在固溶处理后，经时效处理析出微细颗粒而达到硬化的钢种。比如NAK55钢及NAK80钢（大同品牌）在固溶化处理后硬度为30HRC，但经500℃时效处理后，其析出硬化的硬度可达到40HRC左右。

相对而言，所谓淬火回火钢，是指以退火状态供货，加工后通过淬火和回火来达到指定硬度的钢种。整体来说有热作模具钢、冷作模具钢、高碳马氏体不锈钢等，在45～60HRC高硬度下使用的钢种。还有，属于超强钢的析出硬化型马氏体时效钢，不但强度高，而且韧性也好，所以用于制作要求耐开裂性及耐缺口性的各种销杆类的零件。

表4-19为塑料模具钢的物理性能和力学性能。在物理性能中，各种钢的密度和杨氏模量（纵向弹性模量）的差异很小且几乎固定。特别是杨氏模量不受硬度的影响，即使提高强度也不会使其增大，也就是说模具刚性不变。热导率随合金化的增加而下降，因此考虑模具冷却效果时需要注意。另外，表4-19中所给力学性能是采用硬度范围中间值时的实测值。

接下来看一下各种塑料模具钢的性能定位。如图4-40所示，为便于分析整体状况，将镜面度和硬度分别作为两坐标轴来表示各钢种的定位。镜面度是利用机械研磨抛光时的磨料号数来定性表示的。此外，还给出了各镜面度所对应的成形用途。如前所述，一般来说，硬度越高镜面性越好，适用于透明产品及超镜面产品的模具。在此以同等硬度进行比较可得知，特别是在超过50HRC的范围，马氏体不锈钢镜面研磨性要比冷作模具钢好，重熔精炼钢要比大气熔炼钢要好。

表4-20为各种塑料模具钢的用途及产品举例。

图4-40 塑料模具钢的性能定位

表4-19 塑料模具钢的物理性能和力学性能

①指1OR缺口，其余为2mm的U型缺口。夏氏冲击值：2mmU缺口.**1OR缺口

表4-20 塑料模具材料的用途及产品举例