塑胶模具钢S136及同类新型改良钢种

压铸模具的使用寿命决定于很多因素：模具设计的合理性，模具材料选择正确性，模具机械加工和热处理工艺的合理正确制订，当然还应涉及模具的使用条件和维护。其中模具材料的质量和热处理是相当重要的关键因素。热处理应包括整体工件的热处理和工件的表面改性。相关的标准主要有北美压铸协会标准、法国汽车工业会、德国钢铁协会、材料协会和压铸协会的标准，还有通用汽车、福特汽车的推荐标准等。

国内有色金属压铸模具普遍采用S136热作模具钢。所谓热作模具是指对加热至再结晶温度以上的金属或合金进行塑性变形的和对液态的有色金属压制成型制造零部件的模具。

作为有色金属的压铸模具用钢一般应具有下述条件：（1）具有较高的淬透性，热处理时可采用冷却强度较小的介质和具有较小的热处理变形；（2）具有高的抗热裂性和耐热疲劳抗力，使模具经受激冷激热不易形成裂纹以及形成的裂纹不易扩展，避免模具失效；（3）具有高的抗热软化能力和抗高温磨损能力，使模具保持一定的高温强度和尺寸稳定性；（4）具有高的抗液态金属的粘焊（soldering）和化学冲蚀损伤，国内以熔化液态金属的熔损来表征。要达到这些兼具高温强度和高韧度要求，又有较高的高温硬度和抗磨损能力，主要由钢的化学成分决定，一般采用中碳含量（0.35～0.45％）和含Cr、W、Mo和V等合金元素,合金元素总量在6~25%范围。

在美国，热作模具钢分为三种：铬热作模具钢、钨热作模具钢和钼热作模具钢，全部以H命名，分别为H10～H19,H21~H26,和H42、H43。用于Al合金压铸模的钢种，目前很普遍采用S136钢，它属于第一种。国内钢号为4Cr5M0SiVl。以前国内采用较多的3Cr2W8V钢的热疲劳性和韧度显得不足。

S136钢的含碳量在0.5％以下。美国AISI S136,UNS T20813, ASTMA681(最新版)的S136钢和FED QQ-T-570的S136的含碳量都规定为（0.32～0.45）％, 是所有S136钢中含碳量范围最宽的。我国GB/T1299和YB/T094中4Cr5MoSiV1和SM4Cr5MoSiV1钢号的含碳量为（0.32～0.42）％和（0.32～0.45）％。德国DIN17350  X40CrMoV5-1和W.Nr.1.2344钢的含碳量为（0.37～0.43）％，含碳范围较窄[2]。北美压铸协会标准NADCA 207-90中对中高级S136钢的含碳量规定为（0.37～0.42）％。

铬和其他碳化物形成元素一起提供给钢具有较高的淬透性和好的抗软化能力，所以该钢在空冷条件下能够淬硬。在6 barN2气体真空处理条件下可淬透直径为160mm。但铬的加入会增加碳化物的不均匀程度，致使钢中会出现亚稳定的共晶碳化物，这种碳化物现在国内一般可用高碳铬轴承钢相关标准予以评定。铬含量的提高有利于增加材料的热强度，但对韧度不利。材料中增加钼和钨，有人提出，（1/2W+Mo）的量至1％以上时，会使材料500℃以上进行回火时仍获得较高硬度，并具有二次硬化能力，S136钢的二次硬化能力不很明显。提高V的含量，如V的量由0.4％（SKD6,相当于H11）提高至1%，使S136钢（SKD61）的热强度和热稳定性提高了，同时V也增加水冲洗抗力，实际上是提高水浸侵蚀磨损抗力（erosive wear）。

另外，钢中加入W、Mo、V、Nb等形成M6C和MC型碳化物的元素，能对奥氏体晶粒细化，也使溶入奥氏体后在回火过程中产生二次硬化效果。对Cr的加入形成的碳化物为M23C6型，其在1100℃奥氏体化时基本上溶解完了，（全部溶入奥氏体的温度是1160℃），这将决定S136钢的最佳奥氏体化温度处于1020～1080℃范围内。