针对形状复杂、精密、要求长寿命的塑料模具，为了避免在淬火过程中产生畸变，研制出了一系列的时效硬化钢。该类钢碳含量低、合金度高，经过固溶淬火可获得中等硬度（28～34HRC），然后进行机械加工成形，最后进行时效处理，获得较高的硬度（45～50HRC）。最后再进行研磨、抛光，获得镜面要求质量。通过镀铬、渗氮、离子束强化等表面处理方法，可提高模具表面的耐磨性和耐蚀性。

时效型硬化塑料模具钢可分为马氏体时效钢和析出硬化钢两大类，也有分为高镍高钴时效钢与低镍无钴（低钴）时效钢的。高镍时效钢（如18Ni类）高镍高钴，价格昂贵。为了降低材料费用，又开发了一类低镍无钴（低钴）的马氏体时效钢。

1.高镍高钴时效钢及其热处理

高镍高钴时效钢又称马氏体时效钢，其碳含量极低（碳的质量分数约0.03%），以改善材料韧性。该类钢具有极高的强度及良好的切削加工性、焊接性、热处理工艺性和冷塑性变形能力等。此类钢典型的钢种为镍的质量分数为18%的高强度钢（18Ni类钢），00Ni18Co8Mo3TiAl、00Ni18Co8Mo5TiAl、00Ni18Co9Mo5TiAl和00Ni18Co13Mo4Ti2Al，它们分别相当于美国的18Ni（200）、18Ni（250）、18Ni（300）和18Ni（350）。

该类钢固溶后形成超低碳马氏体，硬度约为28～30HRC；时效处理以后，由于各种类型的金属间化合物的脱溶、析出，得到时效硬化，硬度可达50HRC以上。该类钢在高强度、高韧性的条件下仍具有良好的塑性、韧性和高的断裂韧度。部分18Ni类钢的化学成分见表7-46。

表7-46 部分18Ni类钢的化学成分

注：w（S）≤0.010%，w（P）≤0.010%。

（1）热处理 部分18Ni类钢的热处理工艺规范见表7-47。

表7-47 部分18Ni类钢的热处理工艺规范

注：固溶加热时间系数：盐浴炉为1min/mm；空气炉为2～2.5min/mm。

（2）渗氮 18Ni类钢通过渗氮处理，可提高模具表面的硬度与耐磨性。

1）18Ni（250）钢的渗氮。渗氮温度为450～460℃，保温时间为24～46h，炉冷。

2）18Ni（300）钢的渗氮。气体渗氮温度为（445±5）℃，保温时间为24～28h，炉冷。

（3）应用 18Ni类钢主要用于制造高精度、超镜面、型腔复杂、大截面及大批量生产的塑料模具，以及冷挤压模、铝合金压铸模及精密锻模等。

2.低镍无钴（低钴）时效钢及其热处理

该类钢所含的合金元素比马氏体时效钢少，特别是Ni含量少得多，国产牌号有06Ni6CrMoVTiAl（06Ni）、1Cr14Co13Mo5V（AFC-77）、SM2CrNi3MoAl1S、25CrNi3MoAl、10Ni3Mn2CuAlMo（PMS）、0Cr16Ni4Cu3Nb（PCR）、Y20CrNi3AlMnMo（SM2）钢等。这类钢的固溶状态硬度仅为30HRC左右，具有良好的切削加工性，制成模具后进行时效处理，由于金属间化合物Ni₃Al析出而强化，硬度可上升到38～42HRC，模具畸变小，是一类制造经济型、高硬度、高强度和高韧性的精密塑料模具钢。如再进行渗氮处理，可使模具表面硬度达到1100HV左右，可进一步提高模具使用性能与寿命。常用低镍无钴（低钴）时效钢的化学成分见表7-48。

表7-48 常用低镍无钴（低钴）时效钢的化学成分

（1）06Ni6CrMoVTiAl（06Ni）钢 该钢属于低镍无钴马氏体时效钢，其特点为固溶处理后硬度较低，加工成形后再进行时效处理，硬度为43～48HRC，变形率在0.05%之内，具有良好的综合力学性能和一定的耐蚀性，并可以进行渗氮、渗铬处理，热处理工艺简单。

1）06Ni钢的预备热处理工艺规范见表7-49。

表7-49 06Ni钢的预备热处理工艺规范

2）06Ni钢的固溶与时效处理工艺规范见表7-50。

表7-50 06Ni钢的固溶与时效处理工艺规范

3）应用。06Ni钢适于制作高精度的塑料模具，也可以用于有色金属压铸模。用该钢制造的精密塑料模具较常用钢（如调质处理的45、40Cr、T10A钢）制造的模具，使用寿命提高2倍以上。

（2）1Cr14Co13Mo5V（AFC-77）钢 该钢属于Cr-Mo-Co型马氏体沉淀硬化不锈钢。经1040℃固溶处理+油淬至室温后，可获得马氏体和残留奥氏体组织，其中残留奥氏体的体积分数为50%，经-73℃冷处理后残留奥氏体可大幅度减少。

1）固溶与时效处理。固溶处理：固溶温度为1040℃，油冷，固溶组织为马氏体+体积分数为50%的残留奥氏体。时效处理：时效温度为485～650℃，最佳时效温度为565℃，此时硬度最高≥50HRC，抗拉强度R_m为2000MPa。

2）固溶后冷处理：-73℃×6～8h。

3）应用。AFC-77钢主要用于制作高硬度和耐腐蚀的塑料模具等。

（3）25CrNi3MoAl钢 该钢为低镍、无钴时效硬化钢和低碳马氏体析出硬化钢，调质硬度为230～250HBW。该钢在固溶处理后硬度为30HRC左右，制成模具后再进行时效处理，使硬度达到40HRC左右，时效后畸变小。在时效的同时可进行渗氮，最后经研磨、抛光或光刻花纹后装配使用。(www.daowen.com)

1）预备热处理。等温球化退火：730～750℃×2～4h加热，炉冷到680～700℃等温2～6h，出炉后进行空冷或水冷均可。

2）固溶、回火和时效处理。根据模具的使用要求的不同，应采用不同的热处理工艺，具体见表7-51。

表7-51 25CrNi3MoAl钢的工艺流程

该钢在不同温度下固溶与时效处理后的硬度见表7-52。

表7-52 25CrNi3MoAl钢不同温度下的固溶与时效硬度

3）气体渗氮和气体氮碳共渗。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。两工艺均可提高模具表面的耐磨性和抗咬合能力，从而进一步延长模具寿命。

4）应用。25CrNi3MoAl钢适于制作低变形率的高精密塑料模具，以及高硬度、高强度和高韧性的精密塑料模具，可用于制作要求变形率绝对值<0.05%，镜面要求或表面要求光刻花纹工艺的精密镜面塑料模具，也可用于高精度及长寿命的模具以及透明塑料模具。该钢经软化处理后，可适应冷挤压型腔制模工艺。

（4）10Ni3Mn2CuAlMo（PMS）钢 该钢是新型高级镜面Ni-Cu-Al型析出硬化型塑料模具钢，具有良好的综合力学性能。该钢热处理畸变小，淬透性高，固溶淬火后的硬度在30HRC左右，在机械加工后进行时效处理即可获得40～45HRC的较高硬度。该钢特别适于表面渗氮和氮碳共渗处理，处理后模具表面硬度可达1000HV以上。

1）预备热处理为退火：750～770℃×2～4h加热，以40℃/h的冷速冷至600℃出炉空冷。

2）PMS钢的固溶和时效处理工艺规范见表7-53。

表7-53 PMS钢的固溶与时效处理工艺规范

3）渗氮。PMS钢中含有一定量的Al，特别适合于渗氮（如540℃×4h渗氮）或氮碳共渗处理，处理后表面硬度可达1000HV以上，可提高模具的耐磨性与寿命，适合于制造添加无机纤维的增强工程塑料制品的模具。

4）应用。PMS钢适合于制作要求变形率<0.05%，镜面要求或表面要求光刻花纹工艺的精密镜面塑料模具。可用于制作光学塑料镜片、光学塑料制品模具和外观要求极高的光洁、光亮的各种家用电器塑料模具，也可制造高精度型腔的冷挤压成形模具，还可用于制作工作温度为300℃左右、硬度为45HRC、截面尺寸为150mm、要求高镜面、高精度、光蚀刻性能的塑料模具等。

（5）Y20CrNi3AlMnMo（SM2）钢 该钢为时效硬化型塑料模具钢，属于S系易切削型时效塑料模具钢，其切削加工性优于PMS钢，镜面加工性良好，可在预硬状态下供货。SM2钢比PMS钢的淬透性稍高，具有一定的耐蚀性和良好的抛光性，渗氮工艺性能良好。

1）预备热处理为锻后软化处理：软化温度为870～930℃，油冷，680～700℃×2h回火，油冷，硬度≤30HRC。

2）淬火与回火。淬火温度为870～930℃，油冷；回火温度为680～700℃，油冷。

3）固溶与时效处理。固溶处理温度为870～930℃，最佳的固溶处理温度为900℃，油冷，硬度为42～45HRC，组织为低碳马氏体+粒状贝氏体。为了便于机械加工，进行680～700℃×2h回火，油冷，硬度为28HRC左右；500～560℃×6～10h的时效处理，硬度为35～40HRC（最佳的时效处理温度为500～520℃，加热时间为6～10h，硬度为40HRC左右）。

4）应用。SM2钢制造的塑料模具广泛用于电子、仪表、家电、玩具和日用五金等行业，效果显著。可用于形状复杂、精度要求高、产量大的热塑性塑料注射模具，以及通用塑料模具和镜面要求较高的预硬塑料模具，也用于制作塑料模具的型芯、凸模、型腔板、镶件等。

（6）0Cr16Ni4Cu3Nb（PCR）钢 该钢属于马氏体析出硬化不锈钢和耐蚀塑料模具钢。该钢淬透性高，热处理畸变小，表面强化性好，具有良好的力学性能，优良的耐蚀性。该钢固溶处理后硬度为32～35HRC，加工成形后进行时效处理可使强度和硬度进一步提高，同时获得较好的综合性能。经时效处理后模具仅有微量畸变。

1）固溶与时效处理。固溶处理：固溶处理温度为1050℃，时间为1～2h，空冷，硬度为32～35HRC，在此硬度下可进行切削加工。时效处理：450～480℃×6～8h，时效后硬度为42～44HRC。

2）PVD处理。模具经过时效与抛光后，进行380～420℃低温物理气相沉积TiN涂层，涂层厚度为3～5μm，涂层硬度>1600HV。模具表面硬度与耐磨性、耐蚀性显著提高。

3）应用。PCR钢适合于制作高耐磨、高精度和耐腐蚀的塑料模具，如氟塑料或聚氯乙烯树脂成型模，添加阻燃剂的塑料成型模，可作为17-4PH钢的代用材料。

（7）SM2CrNi3MoAl1S钢 该钢是易切削时效硬化钢和时效硬化型易切削塑料模具钢。该钢比PMS钢的淬透性高，锻后一般不用退火，切削加工性优于PMS钢，且镜面加工性良好，渗氮工艺等性能良好。

该钢的热处理一般分三步进行：奥氏体化后固溶处理（淬火）、高温回火（也称二次固溶处理）和时效处理。

1）预备热处理为钢锭退火：740～760℃×14～16h加热，炉冷至500℃出炉空冷。锻后一般不退火，只进行软化处理：870～930℃加热，油冷；680～700℃×2h高温回火，油冷，硬度≤30HRC。

2）固溶、高温回火与时效。固溶处理：固溶处理温度为860～900℃，油冷，硬度48～50HRC。高温回火：680～700℃×4～6h加热，油冷，硬度为22～28HRC。时效处理：500～520℃×6～8h加热，硬度为39～42HC。

3）淬火与回火。淬火温度为850～900℃，油冷。回火温度为510～530℃，回火2次。时效时间为8～10h，空冷，硬度≥40HRC。

4）渗氮。对需冷挤压成形的塑料模具经固溶、高温回火软化处理后，即可对模具挤压面进行加工、研磨、抛光和修整，最后对模具进行真空时效处理或表面渗氮处理与时效处理同时进行。

5）应用。SM2CrNi3MoAl1S钢可用于复杂型腔的精密塑料模具等的制造。