塑料模具钢材材料选择指南22011/07/04

六、其它塑料模具钢材材料

（一）铜合金

用于塑料模材料的铜合金主要是铍青铜，如ZCuBe2、ZCuBe2.4等。一般采用铸造方法制模，不仅成本低，周期短，而且还可制出形状复杂的模具钢材。铍青铜可通过固溶—时效强化，固溶后合金处于软化状态，塑性较好，便于机械加工。经时效处理后，合金的抗拉强度可达1100～1300MPa，硬度可达40～42HRC。铍青铜适用于制造吹塑模、注射模等，以及一些高导热性、高强度和高耐腐蚀性的塑料模。利用铍青铜铸造模具钢材可以复制木纹和皮革纹，可以用样品复制人像或玩具等不规则的成型面。

（二）铝合金

铝合金的密度小，熔点低，加工性能和导热性都优于钢，其中铸造铝硅合金还具有优良的铸造性能，因此在有些场合可选用铸造铝合金来制造塑料模具钢材，以缩短制模周期，降低制模成本。常用的铸造铝合金牌号有ZL101等，它适于制造要求高导热率，形状复杂和制造周期短的塑料模具钢材。形变铝合金Lcq也是用于塑料模制造的铝合金之一，由于它的强度比ZL101高，可制作要求强度较高且有良好导热性的塑料模。

（三）锌合金

用于制作塑料模具钢材的锌合金大多为Zn-4Al-3Cu共晶型合金

还含有少量Pb、Cd、Sn、Fe等杂质。用此合金通过铸造方法易于制出光洁而复杂的模具钢材型腔，并可降低制模费用和缩短制模周期，锌合金的不足之处是高温强度较差，且合金易于老化，因此锌合金塑料模长期使用后易出现变形甚至开裂，这类锌合金适合制造注射模和吹塑模等。

用于塑料模具钢材的锌合金还有铍锌合金和镍钛锌合金。铍锌合金有较高的硬度（150HBS），耐热性好，所制作的注射模的使用寿命可达几万至几十万件。镍钛锌合金由于镍和钛的加入可使强度、硬度提高，从而使模具钢材寿命成倍增长。

第三节塑料模具钢材零件的热处理工艺

选用不同品种钢材作塑料模具钢材，其化学成分和力学性能各不相同，因此制造工艺路线不同；同样，不同类型塑料模具钢材采用的热处理工艺也是不同的。本节主要介绍塑料模具钢材的制造工艺路线和热处理工艺的特点。

一、塑料模具钢材的制造工艺路线

1.低碳钢及低碳合金钢制模具钢材

5.预硬钢制模具钢材

（一）渗碳钢塑料模的热处理特点

1.对于有高硬度、高耐磨性和高韧性要求的塑料模具钢材，要选用渗碳钢来制造，并把渗碳、淬火和低温回火作为最终热处理。

2.对渗碳层的要求，一般渗碳层的厚度为0.8～1.5mm，当压制含硬质填料的塑料时模具钢材渗碳层厚度要求为1.3～1.5mm，压制软性塑料时渗碳层厚度为0.8～1.2mm。渗碳层的含碳量为0.7%～1.0%为佳。若采用碳、氮共渗，则耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化、防粘性就更好。

3.渗碳温度一般在900～920℃，复杂型腔的小型模具钢材可取840～860℃中温碳氮共渗。渗碳保温时间为5～10h，具体应根据对渗层厚度的要求来选择。渗碳工艺以采用分级渗碳工艺为宜，即高温阶段（900～920℃）以快速将碳渗入零件表层为主；中温阶段（820～840℃）以增加渗碳层厚度为主，这样在渗碳层内建立均匀合理的碳浓度梯度分布，便于直接淬火。

4.渗碳后的淬火工艺按钢种不同，渗碳后可分别采用：重新加热淬火；分级渗碳后直接淬火（如合金渗碳钢）；中温碳氮共渗后直接淬火（如用工业纯铁或低碳钢冷挤压成形的小型精密模具钢材）；渗碳后空冷淬火（如高合金渗碳钢制造的大、中型模具钢材）。

（二）淬硬钢塑料模的热处理

1.形状比较复杂的模具钢材，在粗加工以后即进行热处理，然后进行精加工，才能保证热处理时变形最小，对于精密模具钢材，变形应小于0.05%。 2.塑料模型腔表面要求十分严格，因此在淬火加热过程中要确保型腔表面不氧化、不脱碳、不侵蚀、不过热等。应在保护气氛炉中或在严格脱氧后的盐浴炉中加热，若采用普通箱式电阻炉加热，应在模腔面上涂保护剂，同时要控制加热速度，冷却时应选择比较缓和的冷却介质，控制冷却速度，以避免在淬火过程中产生变形、开裂而报废。一般以热浴淬火为佳，也可采用预冷淬火的方式。

3.淬火后应及时回火，回火温度要高于模具钢材的工作温度，回火时间应充分，长短视模具钢材材料和断面尺寸而定，但至少要在40～60min以上。

（三）预硬钢塑料模的热处理

1.预硬钢是以预硬态供货的，一般不需热处理，但有时需进行改锻，改锻后的模坯必须进行热处理。

2.预硬钢的预先热处理通常采用球化退火，目的是消除锻造应力，获得均匀的球状珠光体组织，降低硬度，提高塑性，改善模坯的切削加工性能或冷挤压成形性能。

3.预硬钢的预硬处理工艺简单，多数采用调质处理，调质后获得回火索氏体组织。高温回火的温度范围很宽能够满足模具钢材的各种工作硬度要求。由于这类钢淬透性良好，淬火时可采用油冷、空冷或硝盐分级淬火。表3-27为部分预硬钢的预硬处理工艺，供参考。

（四）时效硬化钢塑料模的热处理

1.时效硬化钢的热处理工艺分两步基本工序。首先进行固溶处理，即把钢加热到高温，使各种合金元素溶入奥氏体中，完成奥氏体后淬火获得马氏体组织。第二步进行时效处理，利用时效强化达到最后要求的力学性能。

2.固溶处理加热一般在盐浴炉、箱式炉中进行，加热时间分别可取：1min/mm、2～2.5min/mm，淬火采用油冷，淬透性好的钢种也可空冷。如果锻造模坯时能准确控制终锻温度，锻造后可直接进行固溶淬火。

3.时效处理最好在真空炉中进行，若在箱式炉中进行，为防模腔表面氧化，炉内须通入保护气氛，或者用氧化铝粉、石墨粉、铸铁屑，在装箱保护条件下进行时效。装箱保护加热要适当延长保温时间，否则难以达到时效效果。部分时效硬化型塑料模具钢材的热处理规范可参照表3-28。

三、塑料模的表面处理

为了提高塑料模表面耐磨性和耐蚀性，常对其进行适当的表面处理。

1.塑料模镀铬是一种应用最多的表面处理方法，镀铬层在大气中具有强烈的钝化能力，能长久保持金属光泽，在多种酸性介质中均不发生化学反应。镀层硬度达1000HV，因而具有优良的耐磨性。镀铬层还具有较高的耐热性，在空气中加热到500℃时其外观和硬度仍无明显变化。

2.渗氮具有处理温度低（一般为550～570℃），模具钢材变形甚微和渗层硬度高（可达1000～1200HV）等优点，因而也非常适合塑料模的表面处理。含有铬、钼、铝、钒和钛等合金元素的钢种比碳钢有更好的渗氮性能，用作塑料模时进行渗氮处理可大大提高耐磨性。

适于塑料模的表面处理方法还有：氮碳共渗、化学镀镍、离子镀氮化钛、碳化钛或碳氮化钛，PVD、CVD法沉积硬质膜或超硬膜等