20世紀(jì)70年代第一次石油危機(jī)爆發(fā)，人們開始重新思考如何提高汽車的燃油效率。在這一事實(shí)的推動下，汽車工業(yè)快速發(fā)展，輕量化成為新課題。新型汽車結(jié)構(gòu)得到發(fā)展，汽車中塑料零部件的數(shù)量越來越多，由此激發(fā)了塑料模具的需求。目前75%以上的塑膠模具與汽車行業(yè)有著直接或間接的聯(lián)系。

　　本文來源于：

《The 11th TOOLING2019Conference & Exhibition》

　　經(jīng)典塑料模具鋼的性能

　　20世紀(jì)90年代，大部分經(jīng)典塑料模具鋼屬于“全能型”鋼種，它們的硬度和耐磨性適中、易加工，由于生產(chǎn)效益高，而確保了市場地位。下圖展示了當(dāng)時具有代表性的經(jīng)典塑料模具鋼及其硬度和拋光性等級。

　　塑料模具鋼2311和2738的硬度水平一般為28-34HRC，且可拋光性較低。2311主要用于尺寸較小的模具，厚度一般達(dá)400mm。對于較大尺寸，通常采用加Ni的2738型合金。當(dāng)2711硬度約為42HRC時，可獲得較好的拋光性能。耐腐蝕鋼2083和2316通常用于加工化學(xué)侵蝕性塑料，如PVC; 還有4140也可以用于塑料模具

　　市場需求狀況

　　自八十年代以來，全球?qū)λ芰夏＞叩男枨笱杆僭鲩L，如今增長速度有所放緩，其中經(jīng)典鋼材2311和2738能夠長期滿足日益增長的需求。20世紀(jì)90年代，塑料模具鋼的開發(fā)重點(diǎn)不是提高質(zhì)量，而是盡可能地使用較便宜的鋼材，所以這一時期的增長更多的是通過數(shù)量而不是質(zhì)量來實(shí)現(xiàn)的。

　　然而，隨著工程應(yīng)用情況的變化，那些經(jīng)典鋼種越來越滿足不了現(xiàn)有的生產(chǎn)要求。這些要求主要包括：

-模具尺寸

-復(fù)雜的設(shè)計(jì)

-硬度及其均勻性

-清潔度等級

-拋光和紋理

-更好的耐磨性

-工作模次

-修復(fù)時的可焊性

　　傳統(tǒng)熔融鋼的偏析問題

　　隨著越來越多的汽車零部件被塑料制品取代，開發(fā)商也為新設(shè)計(jì)敞開了大門。新塑料，如玻璃纖維促進(jìn)了這一趨勢，因此塑料模具朝著更大、更復(fù)雜的方向在發(fā)展。由于模具尺寸不斷增大，鋼鐵供應(yīng)商面臨著新的難題，這些難題主要涉及到大截面淬透性和大尺寸鍛件的偏析行為。

　　關(guān)于偏析

　　什么是偏析?

　　偏析是指局部成分與熔體成分的偏差。

　　什么時候發(fā)生偏析?

　　鋼液在凝固過程中會發(fā)生偏析。

　　偏析的原因是什么?

　　偏析是鋼合金元素在凝固過程中分布不均的現(xiàn)象，也是大型鋼錠中典型凝固組織出現(xiàn)的結(jié)果。

　　在大型鍛件的凝固過程中，出現(xiàn)了所謂的偏析線，與基體相比，偏析區(qū)域由于C的富集，在淬回火后硬度(硬點(diǎn))更高，這導(dǎo)致在加工和調(diào)整表面質(zhì)量時會出現(xiàn)一些額外的問題，隨著模具越來越大，這些問題也越來越嚴(yán)重。

　　Leitner等人研究了與碳有關(guān)的合金元素的偏析行為?？梢钥闯?，碳的偏析強(qiáng)度是鉻、鎳、鉬、錳等主要合金元素的5倍。

　　下圖顯示了2738和XPM兩種主要塑料模具鋼中碳的偏析行為。在清潔度要求很高的情況下，采用電渣重熔(ESR)工藝生產(chǎn)的XPM被廣泛應(yīng)用。

　　主流塑料模具鋼發(fā)展概括

　　經(jīng)過近三十年的發(fā)展，塑料模具鋼的種類增加了很多，并在原有鋼種的基礎(chǔ)上進(jìn)行了大幅度改良，通過提高鋼材冶金質(zhì)量、增加預(yù)硬化硬度、改進(jìn)生產(chǎn)工藝等方式來提高塑料模具鋼的耐磨性能、拋光性能、耐蝕性能等，為適應(yīng)現(xiàn)代塑料件的生產(chǎn)而不斷發(fā)展。

　　考慮到偏析行為和純度時，就必須使用特殊的熔煉工藝。

　　總結(jié)

　　隨著汽車節(jié)能、舒適、安全、美觀等方面的發(fā)展，市場對塑料模具制造商提出了更高的要求，并且塑料的使用范圍也在慢慢擴(kuò)大。例如，今天使用不同含量纖維的增強(qiáng)塑料，會影響到模具的耐磨損性能。在安全方面，含有阻燃添加劑的塑料越來越多地被使用，這對模具材料的耐蝕性能又提出了更高的要求。塑料制品的不斷改進(jìn)也在要求塑料模具鋼做出相應(yīng)的進(jìn)步。

　　總之，汽車工業(yè)越來越重視電子移動性，且其發(fā)展空間巨大，這將反過來影響工模具鋼材的發(fā)展。