预硬型塑料模具钢是由钢厂在供货前已经进行了热处理（如调质），并达到用户所要求的硬度（如30～40HRC）和使用性能，使用单位可直接加工成模具，不再进行淬火、回火处理就可以直接使用，从而避免了模具热处理畸变与开裂等问题，提高了模具的制造精度。该类钢最适宜制作形状复杂的大、中型精密塑料模具了。

有些预硬化钢在模具加工成形后进行渗氮处理，在不降低模具基体硬度的前提下，提高了模具型腔的表面硬度和耐磨性，延长了模具寿命。

该类钢大体上可分为三类：中碳合金结构钢、预硬型塑料模具专用钢及易切削预硬型塑料模具钢。

1.中碳合金结构钢及其热处理

该类钢代表钢牌号有40Cr、42CrMo及38CrMoAl等，其化学成分见表7-21。中碳合金结构钢经调质处理后具有良好的综合力学性能，适于制作中型塑料模具。该类钢经碳氮共渗处理后，可进一步提高耐磨性与耐蚀性。

表7-21 常用中碳合金结构钢的化学成分

注：w（P）、w（S）均≤0.035%。

（1）40Cr钢 40Cr钢属于中碳调质钢，经适当的热处理后，可获得一定的韧性、塑性及耐磨性。该钢的淬透性高于45钢，适合于高频淬火、火焰淬火等表面硬化处理以及碳氮共渗等，经调质处理后具有良好的综合力学性能。

1）40Cr钢的预备热处理工艺规范见表7-22。

表7-22 40Cr钢的预备热处理工艺规范

2）40Cr钢的淬火与回火工艺规范见表7-23。

表7-23 40Cr钢的淬火与回火工艺规范

3）40Cr钢的调质工艺规范见表7-24。

表7-24 40Cr钢的调质工艺规范

4）应用。40Cr钢适于制作中型塑料模具，可用于拉深模、整形模，也可用于冷挤压冲头、重载冷镦冲头、中小型冲头，以及小型高寿命冷剪切工具等。

（2）42CrMo钢 该钢属于高强度钢，具有高的强度和韧性，淬透性良好，淬火时畸变小，调质处理后具有高的强韧性，并具有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力。该钢通常将调质后表面淬火（如感应淬火）作为最终热处理。

1）42CrMo钢的预备热处理工艺规范见表7-25。

表7-25 42CrMo钢的预备热处理工艺规范

2）42CrMo钢的淬火与回火工艺规范见表7-26。

表7-26 42CrMo钢的淬火与回火工艺规范

3）感应淬火与回火。感应淬火温度为890～910℃，乳化液冷却，表面硬度≥53HRC；回火温度为160～180℃，空冷，硬度≥50HRC。

4）亚温淬火强韧化处理。淬火温度为760～780℃，回火温度为550～570℃，硬度为36～38HRC。

5）应用。42CrMo钢适宜制作要求一定强度和韧性的大、中型塑料模具等。

（3）38CrMoAl钢 该钢是常用的渗氮钢和调质型塑料模具钢，属于超高强钢，具有高的耐磨性和疲劳强度，但淬透性不高。该钢有很好的渗氮性能和力学性能，在调质后进行渗氮处理的表面硬度高（850HV以上），耐磨性好，并具有一定的耐蚀性。该钢适宜以预硬状态制造塑料模具（25～40HRC），然后进行渗氮处理。

1）38CrMoAl钢的预备热处理工艺规范见表7-27。

表7-27 38CrMoAl钢的预备热处理工艺规范

2）38CrMoAl钢的淬火与回火工艺规范见表7-28。

表7-28 38CrMoAl钢的淬火与回火工艺规范

3）调质。淬火温度为900～940℃，油冷，硬度≥55HRC；回火温度为600～650℃，回火时间为1～2h，硬度为241～321HBW。

4）气体渗氮。技术要求：硬度>900HV，渗层深度为0.03～0.04mm。气体比例（体积分数）：NH₃90%、载气（RX气）10%。NH₃分解率为25%～35%，渗氮温度为530℃，保温时间为25h，表面硬度≥1000HV。

5）应用。38CrMoAl钢适合以预硬状态制造塑料模具（25～40HRC），然后进行渗氮处理。一般在调质及渗氮后使用，适于制作聚氯乙烯、聚碳酸酯等有腐蚀气体及耐磨的注射模等，也适于制作耐磨性、疲劳强度以及尺寸精度要求高的渗氮模具（零件），一般在调质及渗氮后使用。

2.预硬型塑料模具钢及其热处理

该类钢在钢厂经过充分锻打后制成模块、扁钢或圆棒，经过预硬处理至要求硬度（28～40HRC），使用单位可直接切削加工成形使用，避免了模具热处理后的畸变、开裂及脱碳等缺陷的发生，提高了模具的制造精度，对于需要提高模面硬度的模具，可进行火焰淬火或渗氮处理等。目前常用的预硬型塑料模具钢有SM3Cr2Mo、3Cr2MnNiMo等，其化学成分见表7-29。

表7-29 常用预硬型塑料模具钢的化学成分

注：w（P）、w（S）均≤0.030%。

（1）SM3Cr2Mo钢 该钢是一种通用型预硬化塑料模具钢，经调质处理（预硬化硬度为28～35HRC）后可进行机械加工，具有良好的切削加工性和镜面抛光性能。该钢机械加工成形后，型腔变形及尺寸变化小，经渗碳淬火后可提高表面硬度，具有较高的热硬性及耐磨性。

1）SM3Cr2Mo钢的预备热处理工艺规范见表7-30。

表7-30 SM3Cr2Mo钢的预备热处理工艺规范

2）SM3Cr2Mo钢推荐的淬火与工艺规范见表7-31。

表7-31 SM3Cr2Mo钢推荐的淬火与回火工艺规范

3）SM3Cr2Mo钢的预硬化处理工艺规范（调质处理）见表7-32。硬度高于30HRC的模具型腔表面经切削加工并抛光后粗糙度值Ra为0.10～0.05μm，可以达到镜面光亮要求。

表7-32 SM3Cr2Mo钢的预硬化处理（调质）工艺规范

4）化学热处理。该钢经渗碳、渗氮、氮碳共渗或离子渗氮后再进行抛光，表面粗糙度值Ra可降低到0.03μm左右，模具具有较高的耐磨性和硬度，其寿命大大提高。

5）应用。SM3Cr2Mo钢适宜制造大中型、精密、形状复杂的长寿命塑料模具和低熔点合金（如锡、铅、锌）的压铸模等。(www.daowen.com)

（2）3Cr2MnNiMo钢 该钢是国际上广泛应用的预硬化塑料模具钢，是P20钢的改进型新钢种，由P20+Ni熔炼而成。该钢较P20钢具有更高的淬透性、强韧性和耐蚀性，具有很好的抛光性能。用该钢可直接加工成模具，这样既保证大型或特大型模具的使用性能，又避免了热处理引起的模具畸变，其性能优于SM3Cr2Mo钢。该钢经渗氮、渗硼等化学热处理，表面硬度为1000HV，可显著提高模具的耐磨性和耐蚀性，进一步提高模具寿命。

1）3Cr2MnNiMo钢的预备热处理工艺规范见表7-33。

表7-33 3Cr2MnNiMo钢的预备热处理工艺规范

2）3Cr2MnNiMo钢推荐的淬火与回火工艺规范见表7-34。

表7-34 3Cr2MnNiMo钢推荐的淬火与回火工艺规范

3）应用。3Cr2MnNiMo钢适于制作大型、复杂、精密塑料模具，可用于镜面抛光要求的塑料模具。该钢经渗氮或氮碳共渗处理后，可进一步提高塑料模具的耐磨性与耐蚀性能，可以制作低熔点合金，如锡合金、锌合金、铝合金用压铸模具等。

3.易切削预硬型塑料模具钢及其热处理

为了改善塑料模用钢的切削加工性，加入S、Ca等元素得到预硬型塑料模具钢，其制成模具后其型腔的表面质量高，在硬度为30～40HRC的预硬状态下直接进行加工，精加工后的模具不再热处理，避免了热处理畸变，如国产的8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）、5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）、4CrNiMnMoVSCa（4NiSCa）、Y55CrNiMnMoV（SM1）钢等，适用于制作大、中型精密塑料注射模、胶木模及橡胶模等。

在SM3Cr2Mo（P20）钢基础上发展的易切削预硬型塑料模具钢，国产的有P20SRE、P20BSCa等。

常用易切削预硬型塑料模具钢的化学成分见表7-35。

表7-35 常用易切削预硬型塑料模具钢的化学成分

（1）P20BSCa钢 该钢是大截面塑料模具钢和易切削预硬型塑料模具钢，具有良好的切削加工性、综合力学性能和花纹蚀刻性，其淬透性高，有效直径为600mm的模块可以淬透，且淬火回火后心部硬度可达33HRC以上。

1）预备热处理为球化退火：830～850℃×2～3h加热，炉冷至720～730℃保温4～6h，炉冷到500℃出炉空冷，硬度≤229HBW。

2）淬火与回火。淬火温度为870～880℃，保温时间按1min/mm（盐浴炉）或2min/mm（电阻炉）计算，油冷，淬火硬度为50～52HRC；回火温度为600～650℃，回火后硬度为30～35HRC。

3）应用。P20BSCa钢可作为要求硬度在30～35HRC的大型或超大型、复杂、精密塑料模具，如洗衣机内筒塑料成型模、电冰箱内腔塑料成型模等。

（2）8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）钢 该钢为易切削精密塑料成型模具钢，具有良好的切削加工性和镜面抛光性，使模具在加工后可以直接使用。该钢可进行渗氮处理。其热处理工艺简便，淬透性好，空冷淬硬直径为100mm以上，空淬硬度为61.5～62HRC，热处理畸变小。预硬状态硬度为40～45HRC。

1）8Cr2S钢的预备热处理工艺规范见表7-36。

表7-36 8Cr2S钢的预备热处理工艺规范

2）8Cr2S钢的淬火与回火工艺规范见表7-37。表7-38为8Cr2S钢预硬处理工艺规范。

表7-37 8Cr2S钢的淬火与回火工艺规范

表7-38 8Cr2S钢的预硬处理工艺规范

3）提高8Cr2S钢模具寿命的热处理工艺见表7-39。

表7-39 提高8Cr2S钢模具寿命的热处理工艺

4）应用。8Cr2S钢作为易切削预硬型钢，可以代替P20钢制作精密塑料模具、塑料压缩模具。用于塑料模具时，比CrWMn钢模具寿命提高1倍以上。作为预硬钢，适宜制作各种类型的塑料、胶木、陶土等制品的精密模具。该钢制作的模具配合精度较其他合金工具钢高1～2个数量级，表面粗糙度值低1～2级，使用寿命普遍高2～10倍。作为高硬度钢，适于制作精密冲裁模，如用作电器零件冲裁模，使用寿命较9Mn2V钢模具提高2～10倍。

图7-1 8Cr2S钢制凹模调质处理工艺曲线

图7-2 8Cr2S钢制凹模气体氮碳共渗工艺曲线

（3）5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）钢 该钢属于易切削高韧性的精密塑料模具钢。在预硬状态下（35～45HRC）具有优良的镜面抛光性能，在高硬度（50HRC以上）下的热处理畸变小、韧性好。该钢经渗氮、渗硼或镀铬、镀镍等，可进一步提高模具表面的硬度和耐蚀性。

1）5NiSCa钢的预备热处理工艺规范见表7-40。

表7-40 5NiSCa钢的预备热处理工艺规范

2）5NiSCa钢的淬火与回火工艺规范见表7-41。

表7-41 5NiSCa钢的淬火与回火工艺规范

3）应用。5NiSCa钢广泛用于制作型腔复杂、质量要求高的注射模、压缩模或畸变要求极小的大型塑料成型模、透明塑料模及橡胶模。用于制作注射模、橡胶模、胶木模时，可提高模具寿命3～4倍。该钢淬硬至硬度为40～45HRC时，可用于形状复杂、精度要求高、产量大的热塑性塑料注射模等。

（4）Y55CrNiMnMoV（SM1）钢 该钢属于易切削调质型时效预硬化塑料模具钢。该钢具有良好的耐蚀性、切削加工性和渗氮性等。该钢的镜面抛光性和蚀刻性能良好，通过时效处理，使模具获得使用状态的强度和硬度，可有效地保证模具的最终尺寸和形状的精度。可以通过镀铬、渗氮、离子束等表面处理方法来提高耐磨性和耐蚀性。

1）SM1钢的预备热处理工艺规范见表7-42。

表7-42 SM1钢的预备热处理工艺规范

2）SM1钢的淬火与回火工艺规范见表7-43。

表7-43 SM1钢的淬火与回火工艺规范

3）SM1钢的调质工艺规范见表7-44。

表7-44 SM1钢的调质工艺规范

4）应用。SM1钢用于通用塑料模具和镜面较高的预硬塑料模具，也可用于塑料模具的型芯、凸模、型腔板、镶件，以及用于有镜面要求的热塑性塑料注射模等。