P20、718、NAK80预硬模具钢板的硬度分级与抛光对应

P20、718、NAK80预硬模具钢板的硬度分级与抛光对应

摘要：塑料模具钢板选错最常见的方式不是买贵了，而是把该预硬的料买成退火料。P20、718、NAK80、S50C、4Cr13 五种预硬与调质板，硬度从 28HRC 到 54HRC，对应的镜面等级从 SPI B3 到 A1 差别很大，混用会直接导致抛光工时翻倍或模具早期塌陷。本文把五个牌号的成分、硬度、抛光与加工窗口并列，并给出到货硬度复检和探伤验收的操作办法。

写在前面：模具钢板是按件下料的品类，同一套模具往往要配模架板、型腔板、滑块板好几种硬度。山东瑞智金属材料有限公司在济南按预硬态与调质态分库存放，可同批配齐并附带硬度与探伤记录，规格与硬度档位见 rzsteel.cn，按图纸一次报全比零买省下的是来回运输和二次加工的时间。

一、基础身份信息

1.1 牌号与标准

这一组是塑料模具与轻型压铸模最常用的五种中厚板。P20 对应国标牌号 3Cr2Mo，属预硬型塑料模具钢，AISI 标准牌号即 P20；718 是 P20 的改良版本，国标牌号 3Cr2MnNiMo，通过提高 Ni、Cr 含量改善大截面淬透性，适合厚大模块；NAK80 是日本大同特殊钢的析出硬化型塑料模具钢，成分类似 10Ni3MnCuAl，出厂态即 38~42HRC，专为高镜面模具设计；S50C 是日本 JIS G 4051 的高碳碳素结构钢，相当于国标 50 号钢，多用于模架板、顶针板与垫板；4Cr13 属马氏体不锈钢，淬火后 50~54HRC，用于有腐蚀性塑料的模具。

采购口径一般按”预硬态交货”和”退火态交货”两种。P20 与 718 绝大多数以预硬态供货，NAK80 以时效硬化态供货，S50C 与 4Cr13 通常是退火态，需要模具厂自己淬火。

1.2 国内外对标表

1.3 大类与供货形态

归模具用中厚板，厚度常见 12~300 mm，宽 200~800 mm。预硬板以铣磨光六面板交货，四周倒钝；厚模块可提供锯切下料件。预硬板的关键指标不是硬度上限而是”硬度均匀性”，同一块 300 mm 厚板，表面与心部硬度差应控制在 2HRC 以内，超过这个数在深腔加工时会出现面差。

二、化学成分

模具钢的成分看点与结构钢不同：C 决定硬度上限，Cr、Mn、Ni 决定淬透性与大模块心部硬度，P、S 直接决定抛光质量。模具钢的 S、P 控制普遍比结构钢严一个档次，718 的 S 上限 0.020、NAK80 只有 0.015，原因就是夹杂物会在抛光时形成”针孔”和拖尾。判断一块模具板能否做镜面，先查 S、P 与夹杂物级别，比看硬度更有效。

NAK80 的成分特殊之处在于 Cu 与 Al：时效处理时析出细小的铜铝相，形成弥散强化，因此可以在低碳含量下保持 40HRC 左右硬度，同时具备低碳钢的加工性与焊接性。4Cr13 的 Cr 含量 12%~14%，是它耐蚀的来源，但这个含量处于”不锈”的门槛边上，长期接触湿气仍会生锈点。

三、力学性能

厚度依赖是模具钢选型的第一道门槛。P20 在 100 mm 以下可以全截面预硬均匀，超过 150 mm 心部硬度就会掉到 25HRC 以下，此时应改选 718。718 因加 Ni 提高淬透性，300 mm 厚模块仍能保持 30HRC 以上心部硬度，这也是它比 P20 贵的内在原因——成本差主要来自 Ni 与更严的纯净度控制，而不是”品牌溢价”。

四、金相组织

P20 与 718 预硬态组织为回火索氏体加少量粒状贝氏体，组织均匀性是判断预硬质量的核心。若金相看到明显的铁素体条带或未溶碳化物聚集，说明淬火冷速不足或锻造比不够，这类模块在深腔铣削后会出现硬度波动，抛光时表现为局部”软点”。NAK80 为回火马氏体基体上弥散分布 Ni-Al-Cu 析出相，组织极细且均匀，这是它能抛到 A1 级镜面的原因。S50C 为珠光体加铁素体，淬火后得到马氏体。4Cr13 淬火态为马氏体加未溶碳化物，碳化物颗粒度决定耐磨性与抛光性，粗大碳化物会形成抛光拖尾。

五、加工工艺性能

切削加工性从高到低排列：S50C 优于 NAK80，NAK80 优于 718，718 优于 4Cr13 淬火态。P20 与 718 在 30HRC 左右，用硬质合金刀具可直接铣削，切削速度建议 120~180 m/min，进给每齿 0.1~0.2 mm。NAK80 在 40HRC 区间，建议用涂层硬质合金或 CBN 刀具，切削速度降到 80~120 m/min，否则刀具磨损很快。4Cr13 淬火后 50HRC 以上，只能磨削或电火花加工。

焊接是模具修补的常见需求。P20、718、NAK80 都可以补焊，关键是预热与焊材匹配：P20 与 718 预热 200~300℃，用同材质模具焊条；NAK80 预热 150~250℃，焊后 480~500℃ 时效 3 小时可以恢复硬度；4Cr13 补焊需预热 300~400℃，焊后缓冷并及时回火，否则焊道两侧易出现冷裂纹。S50C 焊接性最差，含碳 0.5% 左右，一般不建议补焊。

热处理参数方面：P20 与 718 属于预硬钢，通常不再整体淬火，需要提高硬度时做表面渗氮，渗氮温度 500~520℃、时间 20~40 小时，表面硬度可达 650~750 HV，渗层 0.15~0.30 mm；NAK80 时效处理 480~520℃×3~5 小时，硬度可提升 2~3HRC；S50C 淬火 830~860℃ 水淬或油淬，回火 400~600℃ 调质到 28~35HRC；4Cr13 淬火 1000~1050℃ 油淬，回火 200~300℃ 得 50~54HRC，回火温度超过 400℃ 硬度迅速下降。

六、特殊功能特性

P20 的优势是加工成本低、供应充足，适合中大型、镜面要求不高的外壳模具。718 的核心价值是厚大模块硬度均匀，深腔加工不会出现上下硬度差，同时抛光可稳定达到 SPI B1~B2 级。NAK80 的核心价值是镜面与蚀纹，可抛到 SPI A1 级，放电加工后表面变质层薄、抛光工时省，适合透明件、光学件、家电高光面板。S50C 的作用是当”骨架”，硬度低、易加工、价格经济，用来做模架与垫板。4Cr13 的价值是耐蚀与耐磨兼顾，适合 PVC、POM 等会释放腐蚀性介质的塑料。

需要留意的限制：NAK80 的冲击韧性在三者中最低，做带尖角深筋的模具容易崩边，尖角处必须做 R 角过渡；4Cr13 虽然叫”不锈”，但遇到 PVC 分解释放的氯化氢仍会点蚀，长期生产 PVC 件时应考虑更高等级的耐蚀钢。

七、应用场景

不适用工况要单独说明：P20 不适用 200 mm 以上厚模块，心部硬度不足；NAK80 不适用高冲击冷冲场合，韧性不够；S50C 不适用直接做型腔，硬度低易塌陷；4Cr13 不适用高透明件，碳化物会影响镜面。

替代对比：与进口 1.2738、1.2311 相比，国产 718、P20 的硬度均匀性与纯净度已接近，主要差异在大模块的探伤级别与批次一致性；与 H13、Cr12MoV 相比，这五种属”塑料模体系”，不承担热作与高耐磨职能，用错体系会导致模具早期失效。

八、供货验收规范

硬度复检是第一步，用里氏或超声波硬度计在模块六个面各测 3 点，同面硬度极差不超过 2HRC，面间差不超过 3HRC。测点要避开氧化皮与倒角，表面需打磨平整，粗糙度 Ra 3.2 以上测量值才可靠。

第二步做超声波探伤，模具模块按 GB/T 6402 或 SEP 1921 执行，要求 Φ2 平底孔当量、不允许有大于当量的缺陷，且不得有裂纹、白点、缩孔残余。厚模块的心部疏松在后续深腔铣削中会暴露成凹坑，探伤是唯一能提前发现的手段。

尺寸与外观检查包括：厚度公差按合同约定，铣磨板一般按正公差交货；六面直角度偏差 ≤0.1 mm/100 mm；表面不得有氧化皮压入、划伤与锈斑；倒钝均匀。质保书需要包含炉号、成分、硬度实测值、探伤报告四项，缺一项建议暂缓入库。

材料标识务必保留，预硬板与退火板外观接近，混料会导致后续热处理工艺错配，S50C 误当 P20 使用直接报废。

九、市场采购指南

国内模具钢供货以专业模具钢企业与大型钢厂的模具钢专线为主，规格化程度高、现货充沛。采购周期上，常规模块 3~7 天可提，非标厚度需锯切或锻打，2~3 周；大厚度模块需提前排产。

冒充与以次充好的三种典型手法：一是用 P20 冒充 718，两者外观几乎无法凭肉眼区分，唯一判据是 Ni 含量，用光谱仪打 Ni 点，低于 0.85% 就不是 718；二是把退火板当预硬板卖，用硬度计一测便知，28HRC 与 20HRC 差别明显；三是用中频炉小厂料冒充正规料，特征是夹杂物多、探伤不合格、批次硬度波动大。

采购技巧：把硬度区间、硬度均匀性、探伤级别三项写进技术协议，不要只写牌号；大模块要求供应商提供心部硬度实测数据；批量采购时要求同炉号或至少同批次，避免装配后出现硬度色差导致抛光不一致。

十、材料缺陷与失效分析

十一、附录

11.1 牌号对照速查

11.2 理论重量与换算

十二、常见问题（FAQ）

问：P20 和 718 差在哪里，为什么厚板一定要选 718？

答：差别集中在两处：成分上 718 加了 0.85%~1.15% 的 Ni，并把 S 上限收紧到 0.020%；性能上 718 的油淬临界直径从 P20 的 80~120 mm 提升到 200~350 mm。模具厚度超过 150 mm 时，P20 的心部冷速不足，硬度会掉到 25HRC 以下，同一块型腔板上半部 32HRC、下半部 24HRC，加工时刀具负载忽高忽低，抛光后还会出现明显软点。718 在 300 mm 厚时心部仍可保持 30HRC 以上，多花的钱买的就是这份均匀性。

问：NAK80 能做冷冲模吗？它的韧性到底够不够？

答：不建议。NAK80 的冲击功只有 15~25 J，比 P20 与 718 低约三分之一，硬度 40HRC 但韧性不足，做冷冲模在冲击载荷下容易崩刃。它的定位是塑料模，尤其是需要高镜面与精细蚀纹的场合，比如透明件、光学件、高光免喷涂面板。如果一定要用于有轻微冲击的场合，尖角与窄筋处必须做 R 角过渡、模具整体避免锐边，并尽量控制合模速度。冷冲场合应改用 Cr12MoV 或 SKD11 体系。

问：到货怎么验模具钢板的硬度才靠谱？

答：现场用便携式里氏硬度计即可，但要按规范操作：测点表面先打磨到 Ra 3.2 以上并去油，每个面测 3~5 点取平均，同一面极差不超过 2HRC、面间差不超 3HRC。里氏硬度计对表面状态敏感，氧化皮或粗糙面会让读数偏离 3~5HRC，所以不打磨直接测的数据只能作参考。大厚度模块还应要求供应商提供心部硬度实测报告，或委外做超声波硬度检测。测定值低于合同下限 2HRC 以上就应提出异议。

问：抛光总是出针孔，是加工问题还是材料问题？

答：多数是材料问题。针孔与拖尾的来源是非金属夹杂物，硫化物与氧化物在抛光时被拉扯脱落，形成细小凹坑。查两份报告即可定位：化学成分看 S、P 是否超合同值，金相看夹杂物按 GB/T 10561 评级的 A、B 类是否超过 2.0 级。NAK80 因 S 上限压到 0.015、采用电渣重熔，纯净度明显更好，所以镜面等级能稳定在 A1；用 P20 做高镜面则要看批次运气。如果材料指标合格仍是针孔，那就是抛光工序的砂纸跨度过大或压力过高。

问：模架板能不能用便宜料替代，会有什么后果？

答：模架板用 S50C 或 45# 板是正常做法，不必上预硬钢，替代本身没有错。真正的风险是把便宜料用错位置：垫板、顶针板、模架用 S50C 完全合理；但如果为了省钱把 S50C 拿去当型腔板，硬度只有 20~28HRC，注塑压力下型腔很快出现塌陷、分型面压溃、尺寸漂移。判断办法很简单，凡是与塑料直接接触、承受注射压力与磨损的板件都必须用 P20、718 或 NAK80；只做支撑与导向的框架件，用 S50C 是经济的选择。

问：模具钢板的加工余量留多少合适？

答：单边留 3~5 mm 是常规做法，具体看用途：型腔板铣磨后要保 0.05 mm 平行度，粗加工单边留 4~5 mm，精加工留 1~2 mm；深腔模块因粗加工切削量大，建议单边留 5 mm 并做去应力处理（粗加工后 550~600℃ 保温 2~3 小时），否则精加工后容易变形超差。热作模具件还要预留热处理变形量，通常按长度的 0.1%~0.2% 预估。余量留得太小，热处理或渗氮后无法修正尺寸；留得太大，既浪费材料也增加切削工时，4~5 mm 是折中值。