预硬橡塑模具钢：知识点详解

预硬型橡塑模具钢是指将热加工的模块，预先调质处理到一定硬度（一般分为10 HRC，20 HRC，30 HRC，40 HRC 4个等级）供货的钢材，待模具成形后，不需再进行最终热处理就可直接使用，从而避免由于热处理面引起的模具变形和开裂，这种钢称为预硬化钢。预硬化钢最适宜制作形状复杂的大、中型精密塑料模具。常用的预硬型橡塑模具钢有3Cr2Mo（P20），3Cr2NiMo（P4410），P20BSCa，P20SRe，P20S，5NiSCa，SM1，8Cr2MnWMoVS，4Cr5MoSiVI（H13）钢等。

预硬化钢的使用硬度一般在30～42 HRC范围内，切削性较差。为了减少机加工工时、延长刀具寿命、降低模具成本，国内外都研制了一些易切削预硬化钢，即加入S，Pb，Se，Ca等合金元素，以改善钢的切削加工性能。

1）3Cr2Mo（P20）系列钢

（1）3Cr2Mo钢

3Cr2Mo钢是目前GB／T 1299—1985中唯一的专用塑料模具钢。该钢与美国通用型塑料模具钢P20是同类型钢，具有高的纯洁度，镜面抛光性好，力学性能均匀。该钢含有合金元素铬、钼，故淬透性较好，通常采用调质预硬处理，预硬硬度一般为30～36 HRC。

将3Cr2Mo钢调质到30 HRC以上的硬度，进行机械加工，然后进行抛磨，可达到Ra＝0.05～0.10μm的镜面要求。3Cr2Mo钢价廉物美，主要用于制造中、小型橡塑模具，如黑白电视机、大型收录机的外壳和洗衣机面板盖等塑料成型模具。该钢在成形加工后，还可进行镀铬、渗碳、渗氮、气相沉积等表面处理，以提高模具型腔表面的耐磨性。

近年来，国内有关单位在3Cr2Mo钢的基础上，研究开发了一系列模具材料，如3Cr2NiMo（P4410），P20BSCa，P20SRe，3Cr2MnMo（G2943），3Cr2NiMnMo（G2942），3Cr2NiMnMoV（C2941），P20S，P20Ca等，初步形成了3Cr2Mo（P20）系列钢。

（2）3Cr2NiMo（P4410）钢

3Cr2NiMo钢是3Cr2Mo钢的改进型，是在3Cr2Mo钢的基础上添加0.8%～1.2%（质量分数）的镍而制成的钢种，以提高钢的淬透性、强韧性和耐腐蚀性。国内研制的P4410钢的成分，与瑞典生产的P20钢改进型钢号718一致。截面厚度为250 mm的钢坯经860℃加热淬火后，整个截面的硬度均匀，均为45 HRC。

P4410钢有较高的纯洁度，组织致密，镜面抛光性能好，粗糙度可达Ra 0.01～0.05μm。经预硬化到32～36 HRC后，具有良好的车、铣、磨等切削加工性能。

P4410钢可采用火焰局部加热到800～825℃，在室气中自然冷却或压缩空气冷却，使局部表面的硬度达到56～62 HRC，以延长模具的使用寿命。也可对模具进行表面镀铬，表面硬度从370～420 HV提高到1 000 HV，显著提高模具的耐磨性和耐蚀性。该钢的焊接工艺性良好，可进行焊补修复。该钢主要用于预硬截面厚度要求大于250 mm的橡塑成型模具。

2）Y5SCrNiMnMoV（SMI）钢

Y55CrNiMnMoV钢属含硫系易切削预硬塑料模具钢，经预硬处理后，硬度一般为35～40 HRC。在此硬度下，SMI钢具有高的强韧性、优良的切削加工性和镜面抛光性能，模具加工成形后可不再热处理而直接使用。此钢还具有较好的耐蚀性和可渗氮等优点，广泛用于制造高精度橡塑成型模具，如录音机外壳模、洗衣机外壳模、继电器组合件注射模等。

SMI钢的碳、铬含量较低，具有比较好的锻造性能，锻造加热温度为1 150℃，始锻温度为1 050℃，终锻温度≥850℃，锻后需进行球化退火。等温球化退火工艺为：缓慢升温到810℃左右，保温2～4 h，冷却到680℃等温4～6 h，炉冷到550℃出炉，淬火硬度为200 HBS。SMI钢的淬火加热温度为800～860℃，淬火硬度为58 HRC，回火温度为620℃，回火硬度为35～40 HRC。(www.xing528.com)

3）5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）钢

5NiSCa钢是我国研制的高效新钢种，属于硫、钙复合系易切削预硬型橡塑模具钢。该钢不仅具有良好的切削加工性，而且镜面抛光性也好，蚀刻花纹图案清晰逼真，并在使用中有较强的保持模具镜面的能力。

5NiSCa钢经880℃加热油淬、600℃回火的预硬处理后，硬度为36～48 HRC，具有优良的综合力学性能、耐磨性能、等向性能、切削加工性能和镜面抛光性能，表面粗糙度可达Ra 0.05～0.025μm。抛光后的模具，置于大气中容易锈蚀氧化，应及时进行镀铬或渗氮处理，既能保护型腔表面，又能提高表面硬度和耐磨性。5NiSCa钢在高硬度（50 HRC以上）仍具有高的韧性及止裂能力，且变形小。

5NiSCa钢的锻造预热温度为800℃，锻造加热温度为1 100℃，始锻温度为1 070～1 100℃，终锻温度为850℃，锻后砂冷。此钢锻造变形抗力小，塑性良好，容易锻造。

5NiSCa钢可用于制作型腔复杂，精密的大、中、小型注射模具，橡胶模具和压塑模具，例如，收录机、洗衣机等塑料模具，模具质量和使用寿命超过P20钢，接近进口模具的先进水平。如录音机上的磁带门仓，用透明塑料压制而成。这种塑料对模具型腔、型芯的表面粗糙度要求很高，过去依靠进口日本产NAK55及S136镜面钢，现将5NiSCa钢预硬处理到40～42 HRC后制造模具，使用效果良好，模具质量和使用寿命超过了进口钢材，从而解决了国内对易切削高精度预硬型模具钢的要求。

4）8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）钢

8Cr2S钢是我国研制的硫系易切削预硬化高碳钢，该钢不仅用来制作精密零件的冷冲压模具，而且经预硬化后还可以用来制作塑料成型模具。此钢具有高的强韧性、良好的切削加工性能和镜面抛光性能，具有良好的表面处理性能，可进行渗氮、渗硼、镀铬、镀镍等表面处理。

SCr2S钢的锻造性能良好，锻造加热温度为1 100～1 150℃，始锻温度为1 060℃，终锻温度≤900℃。锻造后，MnS沿锻轧方向延伸成条状。等温球化退火工艺为：790～810℃加热2 h，然后冷到700℃再保温6～8 h，炉冷到550℃出炉，退火硬度≤229 HBS，退火组织为细粒状珠光体。

8Cr2S钢的淬火加热温度为860～920℃，油冷淬火、空冷淬火或在240～280℃硝盐中等温淬火都可以。直径100 mm的钢材空冷淬火可以淬透，淬火硬度为62～64 HRC。回火温度可在550～620℃温度范围内选择，回火硬度为40～48 HRC。因加有S，预硬硬度为40～48 HRC的8Cr2S钢坯，其机械加工性能与调质到30 HRC的碳素钢相近。

5）空冷12钢和Y82钢

空冷12钢属Mn-B系中高碳空冷贝氏体钢。具有良好的淬透性，在热锻或热轧后（终锻轧900℃）空冷自硬化，再经低温回火，获得高强度、高硬度（≥50 HRC）的细化B／M复相组织，变形极小，并能保持高的抛光性。生产工艺简单、节能、成本低（因省去了淬火重新加热程序）、模具寿命长。

Y82钢属Mn-B-S-Ca系中碳低合金易切削空冷预硬型贝氏体钢。采用少量Mn，B合金化，空冷即可获得B／M复相组织，具有优良的强韧性和淬透性。Y82钢加入适量的易切削元素S和Ca，改善了夹杂物的形态，提高了Y82钢的切削加工性能和抛光性能。Y82钢可以在预硬状态下加工成形，并可抛光至镜面，其特性与上述的空冷12钢相似。它在热成形后空冷，再经中温回火，获得硬度约40 HRC及良好的强韧性配合。可用于电视机壳等模具。

Y82钢可完全满足预硬型橡塑模具钢的各种要求，适用于制造要求硬度为30～45 HRC的高精度橡塑模具。