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

　　本文來源于：

《The 11th TOOLING2019Conference & Exhibition》

　　經典塑料模具鋼的性能

　　20世紀90年代，大部分經典塑料模具鋼屬于“全能型”鋼種，它們的硬度和耐磨性適中、易加工，由于生產效益高，而確保了市場地位。下圖展示了當時具有代表性的經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400mm。對于較大尺寸，通常采用加Ni的2738型合金。當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，全球對塑料模具的需求迅速增長，如今增長速度有所放緩，其中經典鋼材2311和2738能夠長期滿足日益增長的需求。20世紀90年代，塑料模具鋼的開發重點不是提高質量，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量而不是質量來實現的。

　　然而，隨著工程應用情況的變化，那些經典鋼種越來越滿足不了現有的生產要求。這些要求主要包括：

-模具尺寸

-復雜的設計

-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

-修復時的可焊性

　　傳統熔融鋼的偏析問題

　　隨著越來越多的汽車零部件被塑料制品取代，開發商也為新設計敞開了大門。新塑料，如玻璃纖維促進了這一趨勢，因此塑料模具朝著更大、更復雜的方向在發展。由于模具尺寸不斷增大，鋼鐵供應商面臨著新的難題，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。

　　什么時候發生偏析?

　　鋼液在凝固過程中會發生偏析。

　　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象，也是大型鋼錠中典型凝固組織出現的結果。

　　在大型鍛件的凝固過程中，出現了所謂的偏析線，與基體相比，偏析區域由于C的富集，在淬回火后硬度(硬點)更高，這導致在加工和調整表面質量時會出現一些額外的問題，隨著模具越來越大，這些問題也越來越嚴重。

　　Leitner等人研究了與碳有關的合金元素的偏析行為。可以看出，碳的偏析強度是鉻、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)工藝生產的XPM被廣泛應用。

　　主流塑料模具鋼發展概括

　　經過近三十年的發展，塑料模具鋼的種類增加了很多，并在原有鋼種的基礎上進行了大幅度改良，通過提高鋼材冶金質量、增加預硬化硬度、改進生產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，為適應現代塑料件的生產而不斷發展。

　　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

　　隨著汽車節能、舒適、安全、美觀等方面的發展，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大。例如，今天使用不同含量纖維的增強塑料，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也在要求塑料模具鋼做出相應的進步。

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