一种高硬度均质预硬型塑料模具钢及其制备方法技术领域
本发明涉及塑料模具钢产品技术领域，尤其涉及一种高硬度均质预硬型塑料
模具钢及其制备方法。
背景技术
随着汽车、拖拉机、电机、无线电、家用电器和国防工业的迅速发展，冷冲
压、挤压、模锻和压铸等无切削加工工艺被广泛应用，对模具的需要量越来越大，
对制造模具的钢材品种、钢材的冶金生产及钢材的热处理质量等也提出了越来越
高的要求。
目前模具钢的种类主要有冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢等等，其中
塑料模具钢所占的比例最大，模具钢的使用性能直接关系到加工出来的塑料产品
的质量，由于塑料产品的特性，对塑料模具钢在抗腐蚀性、尺寸稳定性、表面耐
磨性、抛光性等方面均有较高的要求，现有的塑料模具钢主要存在硬度低、耐磨
性差、使用寿命低、表面缺陷多等等寇待解决的问题。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种高硬度均质预硬型塑料
模具钢及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高硬度均质预硬型塑料模具钢，该模具钢中各组分的重量百分数为：
C:0.4-0.5％、Mn:2.0-2.5％、Si:0.8-1.2％、Mo:0.1-0.2％、Al:0.02-0.03％、N：
0.006-0.01％、Ni:2.0-3.0％、Cu:0.35-0.45％、Pb:0.02-0.03％、W:0.4-0.5％、
Nb:0.01％-0.02％、S≤0.03％、P≤0.03％、复合变质剂：0.01-0.02％，其余为Fe
及不可避免的杂质。
所述的一种高硬度均质预硬型塑料模具钢，所述的复合变质剂由以下重量份
的原料制成：纳米稀土氧化物2-3、纳米碳化钨8-10、无水乙醇适量、PEG-400
0.1-0.2；其制备方法为：先将PEG-400溶解于无水乙醇中，随后投入纳米稀土
氧化物，超声搅拌处理40-50min，待其完全分散后加入纳米碳化钨，继续超声
搅拌混合1-2h，搅拌结束后在300-400℃烘箱中进行干燥处理，完全干燥后粉体
充分研磨分散，得稀土氧化物包覆纳米碳化钨的复合变质剂。
所述的一种高硬度均质预硬型塑料模具钢的制备方法，所述的制备方法为：
(1)将除复合变质剂外的各原料按照元素配比投入熔炼炉中，完全熔化后
所得钢水经精炼和真空脱气处理后浇注成钢锭，且在浇注过程中随流加入复合变
质剂；
(2)将所得的钢锭在加热炉中以100-120℃/h的升温速率加热至
1280-1320℃，保温3-4h后对钢锭进行锻造，开锻温度为1250-1300℃，停锻温
度为950-980℃，所得模块出炉后自然冷却备用；
(3)将步骤(2)所得模块放入回火炉中，以60-80℃/h的速率加热至
600-650℃，保温4-5h后出炉，经自然冷却至室温即得。
本发明的优点是：本发明在传统预硬型塑料模具钢的元素配比上加大了Mn、
Si、Ni、W等元素的配比，同时控制其他合金元素的用量，在保证传统塑料模具
钢力学性能及加工性能的基础上进一步提高了合金钢的硬度和导热、抗蠕变等性
能，可以满足多种类型的塑料模具浇注用，而加入的稀土氧化物包覆纳米碳化钨
复合变质剂进一步细化了模具钢的组织结构，降低杂质的不良影响，增强增韧效
果显著，与金属液的浸润性更佳，变质效果均匀稳定；该模具钢制备方法简单高
效，制造周期短，极具生产应用价值。
具体实施方式
该实施例模具钢中各组分的重量百分数为：C:0.4％、Mn:2.0％、Si:0.8％、
Mo:0.1％、Al:0.02％、N：0.006％、Ni:2.0％、Cu:0.35％、Pb:0.02％、W:0.4％、Nb:0.01％％、
S≤0.03％、P≤0.03％、复合变质剂：0.01％，其余为Fe及不可避免的杂质。
其中复合变质剂由以下重量份的原料制成：纳米稀土氧化物2、纳米碳化钨
8、无水乙醇适量、PEG-4000.1；其制备方法为：先将PEG-400溶解于无水乙醇
中，随后投入纳米稀土氧化物，超声搅拌处理40min，待其完全分散后加入纳米
碳化钨，继续超声搅拌混合1h，搅拌结束后在350℃烘箱中进行干燥处理，完全
干燥后粉体充分研磨分散，得稀土氧化物包覆纳米碳化钨的复合变质剂。
该实施例模具钢的制备方法为：
(1)将除复合变质剂外的各原料按照元素配比投入熔炼炉中，完全熔化后
所得钢水经精炼和真空脱气处理后浇注成钢锭，且在浇注过程中随流加入复合变
质剂；
(2)将所得的钢锭在加热炉中以100℃/h的升温速率加热至1280℃，保温
3h后对钢锭进行锻造，开锻温度为1250℃，停锻温度为950℃，所得模块出炉
后自然冷却备用；
(3)将步骤(2)所得模块放入回火炉中，以60℃/h的速率加热至600℃，
保温4h后出炉，经自然冷却至室温即得。
本实施例制备得到的塑料模具钢的力学性能检测结果如下：
检测项目
测定值
硬度(HRC)
67.4
抗拉强度(MPa)
1585.3
冲击韧性(J/cm2)
147.9
断裂韧性(MPa.m1/2)
145.1
该实施例制备得到的塑料模具钢较之传统的P20锻造塑料模具钢相比使用寿命
平均延长1.8倍，其组织均匀细密，抛光后表面粗糙度Ra＜0.20μm。