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(shi)體不(bu)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不(bu)銹(xiu)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. 中碳高鉻耐蝕(shi)馬氏體不銹鋼
這(zhe)類(lei)鋼(gang)(gang)要(yao)求硬度在(zai)50~55HRC。典型的(de)(de)(de)不銹鋼(gang)(gang)為4Cr13,該鋼(gang)(gang)為中(zhong)碳馬氏體不銹鋼(gang)(gang),熱處(chu)理(li)后具(ju)(ju)有較高的(de)(de)(de)硬度和(he)耐(nai)磨性,且(qie)抗(kang)大氣(qi)和(he)水蒸氣(qi)腐蝕(shi)(shi),可(ke)用(yong)于制造要(yao)求一定耐(nai)蝕(shi)(shi)性的(de)(de)(de)塑(su)料模(mo)(mo)具(ju)(ju)。該鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)淬火(huo)(huo)溫度一般選擇1050℃,淬透性好。對于小型塑(su)料模(mo)(mo)具(ju)(ju),淬火(huo)(huo)時可(ke)用(yong)空(kong)氣(qi)冷卻,以減少模(mo)(mo)具(ju)(ju)的(de)(de)(de)熱處(chu)理(li)變形;而對于尺寸較大的(de)(de)(de)模(mo)(mo)具(ju)(ju)可(ke)采(cai)(cai)用(yong)油淬,淬火(huo)(huo)后的(de)(de)(de)模(mo)(mo)具(ju)(ju)一般采(cai)(cai)用(yong)200～300℃回(hui)火(huo)(huo)，回(hui)火(huo)(huo)后硬度為50～53HRC。適(shi)宜制造承受高負荷、高耐(nai)磨及腐蝕(shi)(shi)介質作用(yong)下的(de)(de)(de)塑(su)料模(mo)(mo)具(ju)(ju)。
b. 高(gao)碳高(gao)鉻型不銹鋼
對于(yu)要(yao)求較高(gao)硬度(du)、較高(gao)耐磨(mo)性(xing)的耐蝕塑料模具(ju)可選(xuan)擇(ze)高(gao)碳高(gao)鉻型(xing)不銹鋼(gang)，如9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo和 Cr14MoV 等。以Cr14MoV鋼(gang)為(wei)例(li)，其(qi)(qi)w(C)=1.0%~1.11.15％，該鋼(gang)具(ju)有(you)較好的淬(cui)透性(xing)，淬(cui)火溫(wen)度(du)一般選(xuan)擇(ze)為(wei)1100～1120℃油(you)冷，硬度(du)≥58HRC，回火溫(wen)度(du)為(wei)500℃，保(bao)溫(wen)2h，回火4次，其(qi)(qi)硬度(du)≥60HRC。該鋼(gang)具(ju)有(you)高(gao)硬度(du)、高(gao)耐磨(mo)性(xing)和良好的耐蝕性(xing)，高(gao)溫(wen)硬度(du)也較高(gao)，適宜(yi)制造在腐(fu)蝕介質作用下承受高(gao)負荷、高(gao)耐磨(mo)的塑料模具(ju)。
c. 低碳鉻鎳型耐(nai)蝕不銹鋼
1Cr17Ni2鋼屬于馬(ma)氏體型不銹耐酸鋼，對于氧化酸類（一定溫度(du)、濃度(du)的(de)硝(xiao)酸，大(da)部(bu)分的(de)有(you)機酸）以及(ji)鹽類的(de)水溶液有(you)良好的(de)耐蝕性(xing)(xing)；該(gai)鋼有(you)較高的(de)強度(du)和適宜的(de)硬度(du)，耐蝕性(xing)(xing)比(bi)4Cr13鋼好，因此要(yao)求耐蝕性(xing)(xing)高的(de)塑料模具，仍(reng)然(ran)有(you)一部(bu)分采用該(gai)型號不銹鋼制(zhi)造(zao)。
1Cr17Ni2鋼(gang)的淬(cui)火(huo)溫(wen)度(du)范圍為(wei)950～1050℃，油冷。淬(cui)火(huo)后低溫(wen)回(hui)火(huo)或高(gao)(gao)溫(wen)回(hui)火(huo)均有(you)較好的耐蝕(shi)性，淬(cui)火(huo)后經200～300℃回(hui)火(huo)，鋼(gang)的硬度(du)為(wei)38～40HRC，如通過(guo)冷處(chu)理(li)，可使奧氏(shi)體(ti)(ti)繼(ji)續轉變為(wei)馬氏(shi)體(ti)(ti)，硬度(du)可提(ti)高(gao)(gao)到42～48HRC。基體(ti)(ti)組織(zhi)為(wei)回(hui)火(huo)索氏(shi)體(ti)(ti)，具(ju)有(you)較好的強(qiang)度(du)和韌度(du)配合，而且也有(you)較高(gao)(gao)的耐蝕(shi)性。該類鋼(gang)還可以通過(guo)滲氮(dan)處(chu)理(li)，提(ti)高(gao)(gao)耐磨(mo)性、抗咬合能力和模具(ju)的使用壽(shou)命(ming)。
1Cr17Ni2 鋼主(zhu)要(yao)用于(yu)耐(nai)腐蝕、高(gao)精(jing)度的塑料模具。
2. 沉淀(dian)硬化型不銹鋼
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(dian)硬化不(bu)銹鋼(gang)有：0Cr17Ni14Cu4Nb、0Cr17NiAl、0Cr15Ni17Mo4Al、0Cr12Ni4Mn5Mo3Al、1Cr14Co13Mo5V等。
例如，0Cr17Ni14Cu4Nb鋼是一(yi)種馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)沉淀硬(ying)化不銹(xiu)鋼，因(yin)碳含量低，耐蝕性優于(yu)馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼，而接(jie)近奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼。該鋼熱處理工(gong)藝簡單，固溶(rong)溫度為1040℃，水冷(leng)，熱處理后可獲得(de)單一(yi)板(ban)條狀馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)，硬(ying)度為32～34HRC，具有良好的(de)(de)(de)切削加工(gong)性能，便于(yu)模(mo)具的(de)(de)(de)加工(gong)成形，經460～480℃時效后，模(mo)具的(de)(de)(de)硬(ying)度可達到40HRC，由(you)于(yu)溫度較(jiao)低模(mo)具變形較(jiao)小，硬(ying)度和強度皆(jie)有所提高，同時獲得(de)綜合的(de)(de)(de)力學(xue)性能。該類鋼制模(mo)具可采用(yong)(yong)離子(zi)滲氮表面(mian)處理，表面(mian)硬(ying)度可達900HV以(yi)上(shang)，大大延長(chang)了模(mo)具的(de)(de)(de)使用(yong)(yong)壽命。
沉淀硬化型(xing)不銹鋼主要用于制(zhi)造耐(nai)腐蝕、高(gao)精度的塑料模具。
3. 奧氏體不銹鋼在熱(re)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(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)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鋼屬于鉻鎳系奧氏(shi)(shi)體(ti)不銹鋼。該鋼在650℃以(yi)下有(you)良好的力學性能；在600～800℃時，易因強(qiang)烈的時效而強(qiang)化；在800℃以(yi)下耐(nai)熱不起皮；在900℃以(yi)下耐(nai)氣(qi)體(ti)腐蝕能力高。該鋼熱處理工藝為(wei)(wei)：固溶溫(wen)度(du)(du)1000～1100℃，水冷，組織(zhi)為(wei)(wei)奧氏(shi)(shi)體(ti)；時效處理溫(wen)度(du)(du)為(wei)(wei)750℃，空冷，組織(zhi)為(wei)(wei)奧氏(shi)(shi)體(ti)。
4Cr14Ni14W2Mo鋼抗氧化性(xing)好，可以用于鈦(tai)合金蠕變成形(xing)(xing)模、強腐(fu)蝕性(xing)的玻璃成形(xing)(xing)模以及壓鑄(zhu)用型芯等熱作模具。
4. 奧(ao)氏(shi)體不銹鋼在無磁模具中的應用(yong)
為了(le)適應磁(ci)性(xing)制品的生(sheng)產，人們(men)用(yong)無磁(ci)模(mo)具(ju)鋼制造(zao)無磁(ci)冷(leng)作模(mo)具(ju)和(he)塑料模(mo)具(ju)，這種(zhong)模(mo)具(ju)在強磁(ci)場中(zhong)不會被磁(ci)化(hua)，保證了(le)磁(ci)性(xing)制品在生(sheng)產過(guo)程中(zhong)即使被磁(ci)化(hua)，仍然容易脫模(mo)，從而(er)有效地保證了(le)生(sheng)產的正(zheng)常進行。
無(wu)磁模(mo)具(ju)鋼(gang)(gang)包括(kuo)奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)和高錳(meng)系奧(ao)氏(shi)體(ti)鋼(gang)(gang)。1Cr18Ni8Ti鋼(gang)(gang)屬于奧(ao)氏(shi)體(ti)型不銹(xiu)鋼(gang)(gang)，具(ju)有較(jiao)高的抗晶間(jian)腐蝕性(xing)能(neng)，在(zai)各種狀態下都能(neng)保持穩(wen)定的奧(ao)氏(shi)體(ti)組(zu)織(zhi)，在(zai)強磁場中部產生磁感應。該鋼(gang)(gang)的冷(leng)(leng)拉坯(pi)料退火(huo)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)為970℃，水冷(leng)(leng)；固溶溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)為1030～1160℃水冷(leng)(leng)，組(zu)織(zhi)為奧(ao)氏(shi)體(ti)；時(shi)效(xiao)(xiao)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)800℃保溫(wen)(wen)10h，或時(shi)效(xiao)(xiao)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)700℃保溫(wen)(wen)20h，組(zu)織(zhi)為奧(ao)氏(shi)體(ti)＋碳化(hua)物。時(shi)效(xiao)(xiao)后(hou)強度(du)(du)(du)和其(qi)他力學性(xing)能(neng)均有所(suo)提高，但(dan)硬度(du)(du)(du)仍然較(jiao)低(di)（＜200HBW），為保證其(qi)耐磨性(xing)，一般還需進行滲氮(dan)處理。
1Cr18Ni8Ti鋼經固溶后(hou)呈單相奧氏體(ti)組織，因此在強磁(ci)場中(zhong)不產生感應，適宜制造無磁(ci)模(mo)具和耐蝕(shi)性的塑料模(mo)具。
5. 結(jie)束(shu)語(yu)
不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)種(zhong)類(lei)(lei)較多，有奧氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)、奧氏體(ti)(ti)＋鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)（雙(shuang)相）型不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)、鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)、馬(ma)氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)、沉淀硬化型不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)，其共同(tong)特點是不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)耐(nai)蝕。各類(lei)(lei)模具(ju)的(de)服役條(tiao)件差異(yi)較大，因(yin)此各類(lei)(lei)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)選(xuan)擇和(he)(he)應用(yong)需根據模具(ju)的(de)生(sheng)產條(tiao)件和(he)(he)工作環境的(de)需要，結合不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)材(cai)料(liao)的(de)基(ji)本性能和(he)(he)相關(guan)因(yin)素(su)，選(xuan)擇符(fu)合模具(ju)性能要求，經濟上(shang)合理、技(ji)術上(shang)先進(jin)的(de)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)材(cai)料(liao)，從而(er)提高產品的(de)質(zhi)量和(he)(he)模具(ju)的(de)使用(yong)水平。
