隨著制造業的不斷發展,對模具的冶金質量、品種、數量和性能的要求不斷提高,出現了高合金、高質、優化、普通材料強化及擴展材料應用范圍等趨勢,并相繼出現了一些新型模具材料。模具的工作環境對模具材料的性能要求愈來愈高,在一些化學腐蝕條件下工作的模具應具有耐蝕性;在強磁場中工作的模具不能產生感應;一些要求耐高溫又要耐腐蝕的熱作模具,以及一些耐腐蝕的精密塑料模具所需要的材料都不是一般模具鋼所能滿足的,它需要模具鋼具有特殊性能,而不銹(xiu)鋼正是具備以上性能并能滿足需要的鋼材。從而也為不銹鋼的發展開辟了新的應用途徑,而且促進了模具工業的發展。
1. 馬氏體不銹鋼
在化學腐蝕環境中工作的模具,必須具有耐蝕性,而且還要求具有一定的硬度、強度和耐磨性能等,這類要求高硬度的模具一般選用馬氏體(ti)不銹鋼制造,常用的馬氏體不銹鋼有2Cr13、3Cr13、4Cr13、3Cr17Mo、9Cr18、9Cr18Mo、Cr14Mo4V和1Cr17N2等。下面根據硬度的要求介紹幾種不銹鋼。
a. 中碳高(gao)鉻耐蝕馬氏體不銹鋼
這類鋼要(yao)求硬(ying)度(du)在50~55HRC。典型(xing)的不(bu)銹(xiu)鋼為(wei)4Cr13,該(gai)鋼為(wei)中(zhong)碳馬氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼,熱(re)處理后(hou)具(ju)有較高的硬(ying)度(du)和耐(nai)磨性,且抗(kang)大(da)氣和水(shui)蒸氣腐蝕,可用(yong)(yong)于(yu)制造要(yao)求一(yi)定耐(nai)蝕性的塑料模(mo)具(ju)。該(gai)鋼的淬(cui)火溫度(du)一(yi)般選(xuan)擇1050℃,淬(cui)透性好。對于(yu)小型(xing)塑料模(mo)具(ju),淬(cui)火時可用(yong)(yong)空(kong)氣冷(leng)卻,以減少模(mo)具(ju)的熱(re)處理變形;而對于(yu)尺寸較大(da)的模(mo)具(ju)可采用(yong)(yong)油淬(cui),淬(cui)火后(hou)的模(mo)具(ju)一(yi)般采用(yong)(yong)200～300℃回(hui)火，回(hui)火后(hou)硬(ying)度(du)為(wei)50～53HRC。適宜(yi)制造承受(shou)高負荷、高耐(nai)磨及(ji)腐蝕介質(zhi)作(zuo)用(yong)(yong)下的塑料模(mo)具(ju)。
b. 高(gao)碳高(gao)鉻型不銹鋼
對于(yu)要求(qiu)較高(gao)硬度(du)、較高(gao)耐(nai)磨(mo)性(xing)的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)塑料模(mo)(mo)具可選(xuan)擇(ze)高(gao)碳高(gao)鉻型不銹鋼(gang)，如9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo和(he) Cr14MoV 等。以Cr14MoV鋼(gang)為(wei)例，其w(C)=1.0%~1.11.15％，該(gai)鋼(gang)具有較好的(de)(de)淬(cui)透(tou)性(xing)，淬(cui)火溫度(du)一般(ban)選(xuan)擇(ze)為(wei)1100～1120℃油冷，硬度(du)≥58HRC，回火溫度(du)為(wei)500℃，保溫2h，回火4次，其硬度(du)≥60HRC。該(gai)鋼(gang)具有高(gao)硬度(du)、高(gao)耐(nai)磨(mo)性(xing)和(he)良好的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)，高(gao)溫硬度(du)也較高(gao)，適(shi)宜制造在腐蝕(shi)介質作用下承受高(gao)負荷、高(gao)耐(nai)磨(mo)的(de)(de)塑料模(mo)(mo)具。
c. 低碳鉻鎳(nie)型耐蝕(shi)不銹鋼
1Cr17Ni2鋼屬(shu)于(yu)馬氏體型(xing)不銹耐(nai)酸(suan)鋼，對于(yu)氧化酸(suan)類（一定溫度、濃度的硝酸(suan)，大部分的有(you)機酸(suan)）以及鹽類的水溶液有(you)良好的耐(nai)蝕(shi)性；該鋼有(you)較高的強度和(he)適宜的硬度，耐(nai)蝕(shi)性比4Cr13鋼好，因此要(yao)求(qiu)耐(nai)蝕(shi)性高的塑(su)料(liao)模具，仍然有(you)一部分采用該型(xing)號(hao)不銹鋼制造。
1Cr17Ni2鋼(gang)的淬火溫度范(fan)圍為(wei)(wei)950～1050℃，油冷。淬火后(hou)低(di)溫回(hui)火或(huo)高(gao)(gao)(gao)溫回(hui)火均有較好的耐蝕(shi)性(xing)(xing)，淬火后(hou)經200～300℃回(hui)火，鋼(gang)的硬度為(wei)(wei)38～40HRC，如通過冷處(chu)(chu)理(li)，可使奧氏體繼續轉(zhuan)變為(wei)(wei)馬氏體，硬度可提高(gao)(gao)(gao)到42～48HRC。基體組織為(wei)(wei)回(hui)火索氏體，具有較好的強(qiang)度和韌度配合，而且也有較高(gao)(gao)(gao)的耐蝕(shi)性(xing)(xing)。該類鋼(gang)還可以(yi)通過滲氮處(chu)(chu)理(li)，提高(gao)(gao)(gao)耐磨性(xing)(xing)、抗咬合能(neng)力和模具的使用壽命。
1Cr17Ni2 鋼主要(yao)用于耐腐蝕、高(gao)精度(du)的塑料模具。
2. 沉淀硬化型(xing)不銹鋼
馬氏體不銹鋼模具在熱處理過程中會產生變形，這是模具熱處理三大難題之一（變形、開裂、淬硬）。如何既保持模具的加工精度，又使模具具有較高硬度，對于復雜、精密、長壽命的耐蝕塑料模具，是模具材料面臨的一個重要課題，為此國內研制和發展了一系列沉淀硬化不銹鋼。常用的沉淀硬化不銹鋼(gang)有：0Cr17Ni14Cu4Nb、0Cr17NiAl、0Cr15Ni17Mo4Al、0Cr12Ni4Mn5Mo3Al、1Cr14Co13Mo5V等。
例如，0Cr17Ni14Cu4Nb鋼(gang)(gang)是一(yi)種馬氏體(ti)(ti)沉淀硬(ying)化不(bu)銹鋼(gang)(gang)，因碳(tan)含量低(di)，耐蝕性(xing)優于馬氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)，而接近奧氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)。該鋼(gang)(gang)熱(re)處理(li)工藝簡單，固溶溫度(du)為(wei)1040℃，水(shui)冷，熱(re)處理(li)后(hou)可獲得單一(yi)板條(tiao)狀(zhuang)馬氏體(ti)(ti)，硬(ying)度(du)為(wei)32～34HRC，具有良好的切(qie)削(xue)加工性(xing)能，便于模(mo)(mo)具的加工成形(xing)，經460～480℃時效后(hou)，模(mo)(mo)具的硬(ying)度(du)可達(da)到40HRC，由于溫度(du)較低(di)模(mo)(mo)具變形(xing)較小，硬(ying)度(du)和強度(du)皆有所提高(gao)，同時獲得綜合(he)的力學性(xing)能。該類鋼(gang)(gang)制模(mo)(mo)具可采用離子滲氮表面(mian)處理(li)，表面(mian)硬(ying)度(du)可達(da)900HV以上，大(da)大(da)延長了模(mo)(mo)具的使用壽命。
沉淀(dian)硬化型不銹鋼主(zhu)要用于制造耐(nai)腐(fu)蝕、高精(jing)度的塑(su)料(liao)模具。
3. 奧氏(shi)體(ti)不銹鋼在熱作模具上(shang)的(de)應用(yong)
近年來，為了滿足耐高溫、耐蝕、抗氧化要求而引入的奧氏(shi)體不(bu)銹鋼作為熱作模具材料已經逐漸獲得廣泛的應用。這類鋼一般都含有Ni、Mn等奧氏體形成元素，同時加入一定量的C、Cr等元素，使奧氏體變得更加穩定，鋼始終保持奧氏體組織，其中Cr14Ni25Co2V、4Cr14Ni14W2Mo鋼屬于鉻鎳系奧氏體不銹鋼。奧氏體鋼的優點是組織比較穩定，在加熱和冷卻過程中均不發生相變，具有很高的高溫強度和耐熱性；缺點是線脹系數大，導熱性差，降低了鋼的熱疲勞性能，不適宜作為強烈水冷的模具材料。
4Cr14Ni14W2Mo鋼屬于(yu)鉻鎳系奧氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼。該鋼在650℃以下有良(liang)好的(de)力學性能；在600～800℃時(shi)，易(yi)因(yin)強烈(lie)的(de)時(shi)效而(er)強化(hua)；在800℃以下耐熱不起(qi)皮；在900℃以下耐氣體(ti)腐蝕能力高。該鋼熱處理(li)工藝為(wei)：固溶溫(wen)(wen)度(du)1000～1100℃，水冷，組織(zhi)為(wei)奧氏(shi)體(ti)；時(shi)效處理(li)溫(wen)(wen)度(du)為(wei)750℃，空冷，組織(zhi)為(wei)奧氏(shi)體(ti)。
4Cr14Ni14W2Mo鋼抗氧化性好，可以用(yong)于鈦(tai)合金蠕(ru)變成(cheng)(cheng)形模(mo)、強腐蝕性的玻璃(li)成(cheng)(cheng)形模(mo)以及壓鑄用(yong)型芯等熱作(zuo)模(mo)具。
4. 奧氏體不銹(xiu)鋼在無磁(ci)模具中(zhong)的應用
為了(le)適應(ying)磁性制(zhi)品的生(sheng)產，人們用無磁模具(ju)(ju)鋼制(zhi)造無磁冷作模具(ju)(ju)和塑料(liao)模具(ju)(ju)，這種模具(ju)(ju)在強磁場中不(bu)會被磁化，保(bao)證(zheng)了(le)磁性制(zhi)品在生(sheng)產過程中即使被磁化，仍(reng)然(ran)容易(yi)脫(tuo)模，從而有效地(di)保(bao)證(zheng)了(le)生(sheng)產的正常進行。
無磁(ci)模具(ju)鋼包括(kuo)奧(ao)氏(shi)體不銹鋼和(he)高錳系(xi)奧(ao)氏(shi)體鋼。1Cr18Ni8Ti鋼屬(shu)于奧(ao)氏(shi)體型不銹鋼，具(ju)有較高的(de)抗晶間腐蝕性(xing)能(neng)(neng)，在各種狀態下都(dou)能(neng)(neng)保(bao)持穩定(ding)的(de)奧(ao)氏(shi)體組織(zhi)，在強磁(ci)場中部產(chan)生磁(ci)感應。該(gai)鋼的(de)冷(leng)拉坯料退火溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)為970℃，水(shui)冷(leng)；固溶(rong)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)為1030～1160℃水(shui)冷(leng)，組織(zhi)為奧(ao)氏(shi)體；時(shi)效(xiao)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)800℃保(bao)溫(wen)(wen)(wen)10h，或時(shi)效(xiao)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)700℃保(bao)溫(wen)(wen)(wen)20h，組織(zhi)為奧(ao)氏(shi)體＋碳化物。時(shi)效(xiao)后強度(du)(du)(du)(du)和(he)其(qi)他(ta)力學性(xing)能(neng)(neng)均有所提高，但硬(ying)度(du)(du)(du)(du)仍然較低（＜200HBW），為保(bao)證(zheng)其(qi)耐磨(mo)性(xing)，一般還需進行滲氮處理。
1Cr18Ni8Ti鋼(gang)經固溶后呈(cheng)單相奧氏(shi)體(ti)組織，因此在強磁場中(zhong)不產生(sheng)感應，適宜制造無磁模具(ju)和耐蝕(shi)性的塑料模具(ju)。
5. 結束語
不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)種類較多，有奧氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)、奧氏(shi)體(ti)＋鐵素體(ti)（雙相）型不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)、鐵素體(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)、馬(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)、沉淀硬(ying)化型不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)，其共同特(te)點是不(bu)(bu)(bu)(bu)銹耐蝕。各(ge)類模具(ju)的(de)(de)服役條件(jian)(jian)差異較大，因此各(ge)類不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)選擇和應用需(xu)根(gen)據模具(ju)的(de)(de)生(sheng)產條件(jian)(jian)和工(gong)作環境的(de)(de)需(xu)要，結合(he)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)材料的(de)(de)基本性能和相關因素，選擇符合(he)模具(ju)性能要求，經濟(ji)上(shang)(shang)合(he)理、技術上(shang)(shang)先進的(de)(de)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)材料，從而提(ti)高產品的(de)(de)質量和模具(ju)的(de)(de)使(shi)用水平。
