塑膠模具鋼S136及同類新型改良鋼種

壓鑄模具的使用壽命決定于很多因素：模具設計的合理性，模具材料選擇正確性，模具機械加工和熱處理工藝的合理正確制訂，當然還應涉及模具的使用條件和維護。其中模具材料的質量和熱處理是相當重要的關鍵因素。熱處理應包括整體工件的熱處理和工件的表面改性。相關的標準主要有北美壓鑄協會標準、法國汽車工業會、德國鋼鐵協會、材料協會和壓鑄協會的標準，還有通用汽車、福特汽車的推薦標準等。

國內有色金屬壓鑄模具普遍采用S136熱作模具鋼。所謂熱作模具是指對加熱至再結晶溫度以上的金屬或合金進行塑性變形的和對液態的有色金屬壓制成型制造零部件的模具。

作為有色金屬的壓鑄模具用鋼一般應具有下述條件：（1）具有較高的淬透性，熱處理時可采用冷卻強度較小的介質和具有較小的熱處理變形；（2）具有高的抗熱裂性和耐熱疲勞抗力，使模具經受激冷激熱不易形成裂紋以及形成的裂紋不易擴展，避免模具失效；（3）具有高的抗熱軟化能力和抗高溫磨損能力，使模具保持一定的高溫強度和尺寸穩定性；（4）具有高的抗液態金屬的粘焊（soldering）和化學沖蝕損傷，國內以熔化液態金屬的熔損來表征。要達到這些兼具高溫強度和高韌度要求，又有較高的高溫硬度和抗磨損能力，主要由鋼的化學成分決定，一般采用中碳含量（0.35～0.45％）和含Cr、W、Mo和V等合金元素,合金元素總量在6~25%范圍。

在美國，熱作模具鋼分為三種：鉻熱作模具鋼、鎢熱作模具鋼和鉬熱作模具鋼，全部以H命名，分別為H10～H19,H21~H26,和H42、H43。用于Al合金壓鑄模的鋼種，目前很普遍采用S136鋼，它屬于第一種。國內鋼號為4Cr5M0SiVl。以前國內采用較多的3Cr2W8V鋼的熱疲勞性和韌度顯得不足。

S136鋼的含碳量在0.5％以下。美國AISI S136,UNS T20813, ASTMA681(最新版)的S136鋼和FED QQ-T-570的S136的含碳量都規定為（0.32～0.45）％, 是所有S136鋼中含碳量范圍最寬的。我國GB/T1299和YB/T094中4Cr5MoSiV1和SM4Cr5MoSiV1鋼號的含碳量為（0.32～0.42）％和（0.32～0.45）％。德國DIN17350  X40CrMoV5-1和W.Nr.1.2344鋼的含碳量為（0.37～0.43）％，含碳范圍較窄[2]。北美壓鑄協會標準NADCA 207-90中對中高級S136鋼的含碳量規定為（0.37～0.42）％。

鉻和其他碳化物形成元素一起提供給鋼具有較高的淬透性和好的抗軟化能力，所以該鋼在空冷條件下能夠淬硬。在6 barN2氣體真空處理條件下可淬透直徑為160mm。但鉻的加入會增加碳化物的不均勻程度，致使鋼中會出現亞穩定的共晶碳化物，這種碳化物現在國內一般可用高碳鉻軸承鋼相關標準予以評定。鉻含量的提高有利于增加材料的熱強度，但對韌度不利。材料中增加鉬和鎢，有人提出，（1/2W+Mo）的量至1％以上時，會使材料500℃以上進行回火時仍獲得較高硬度，并具有二次硬化能力，S136鋼的二次硬化能力不很明顯。提高V的含量，如V的量由0.4％（SKD6,相當于H11）提高至1%，使S136鋼（SKD61）的熱強度和熱穩定性提高了，同時V也增加水沖洗抗力，實際上是提高水浸侵蝕磨損抗力（erosive wear）。

另外，鋼中加入W、Mo、V、Nb等形成M6C和MC型碳化物的元素，能對奧氏體晶粒細化，也使溶入奧氏體后在回火過程中產生二次硬化效果。對Cr的加入形成的碳化物為M23C6型，其在1100℃奧氏體化時基本上溶解完了，（全部溶入奧氏體的溫度是1160℃），這將決定S136鋼的最佳奧氏體化溫度處于1020～1080℃范圍內。