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(bu)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. 馬氏體不銹鋼(gang)
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(shi)體不銹鋼制造,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. 中碳高鉻(ge)耐蝕(shi)馬氏體不銹鋼(gang)
這類鋼(gang)要(yao)求硬(ying)度(du)(du)在50~55HRC。典型(xing)的(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)為4Cr13,該鋼(gang)為中碳馬氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang),熱(re)處(chu)理后具(ju)有(you)較(jiao)高的(de)(de)硬(ying)度(du)(du)和耐磨性(xing)(xing),且抗大(da)氣和水(shui)蒸(zheng)氣腐蝕,可(ke)用(yong)(yong)(yong)于制造(zao)要(yao)求一(yi)定耐蝕性(xing)(xing)的(de)(de)塑(su)料模具(ju)。該鋼(gang)的(de)(de)淬(cui)火(huo)溫度(du)(du)一(yi)般選(xuan)擇1050℃,淬(cui)透性(xing)(xing)好。對于小型(xing)塑(su)料模具(ju),淬(cui)火(huo)時可(ke)用(yong)(yong)(yong)空氣冷卻,以(yi)減少模具(ju)的(de)(de)熱(re)處(chu)理變形;而(er)對于尺寸較(jiao)大(da)的(de)(de)模具(ju)可(ke)采用(yong)(yong)(yong)油(you)淬(cui),淬(cui)火(huo)后的(de)(de)模具(ju)一(yi)般采用(yong)(yong)(yong)200～300℃回火(huo)，回火(huo)后硬(ying)度(du)(du)為50～53HRC。適宜(yi)制造(zao)承受(shou)高負荷、高耐磨及腐蝕介質(zhi)作用(yong)(yong)(yong)下的(de)(de)塑(su)料模具(ju)。
b. 高(gao)碳高(gao)鉻型不(bu)銹鋼
對于(yu)要(yao)求(qiu)較(jiao)高硬度(du)(du)(du)、較(jiao)高耐磨(mo)性(xing)的耐蝕(shi)(shi)塑(su)料(liao)模具(ju)(ju)可(ke)選(xuan)擇高碳高鉻型不銹鋼，如9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo和 Cr14MoV 等。以(yi)Cr14MoV鋼為例，其(qi)w(C)=1.0%~1.11.15％，該鋼具(ju)(ju)有(you)較(jiao)好(hao)的淬(cui)透性(xing)，淬(cui)火溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)一般選(xuan)擇為1100～1120℃油冷，硬度(du)(du)(du)≥58HRC，回(hui)火溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)為500℃，保溫(wen)(wen)2h，回(hui)火4次，其(qi)硬度(du)(du)(du)≥60HRC。該鋼具(ju)(ju)有(you)高硬度(du)(du)(du)、高耐磨(mo)性(xing)和良好(hao)的耐蝕(shi)(shi)性(xing)，高溫(wen)(wen)硬度(du)(du)(du)也較(jiao)高，適宜制造在腐蝕(shi)(shi)介(jie)質(zhi)作用下(xia)承受(shou)高負荷(he)、高耐磨(mo)的塑(su)料(liao)模具(ju)(ju)。
c. 低碳鉻鎳型耐(nai)蝕不銹鋼
1Cr17Ni2鋼(gang)屬于(yu)(yu)馬氏體型(xing)不銹耐酸(suan)鋼(gang)，對于(yu)(yu)氧化酸(suan)類（一(yi)定溫(wen)度(du)、濃度(du)的(de)(de)硝酸(suan)，大部分的(de)(de)有(you)(you)機酸(suan)）以及鹽(yan)類的(de)(de)水溶液有(you)(you)良好的(de)(de)耐蝕性(xing)(xing)；該鋼(gang)有(you)(you)較高的(de)(de)強度(du)和適宜的(de)(de)硬度(du)，耐蝕性(xing)(xing)比4Cr13鋼(gang)好，因此要求耐蝕性(xing)(xing)高的(de)(de)塑料模具(ju)，仍然有(you)(you)一(yi)部分采用該型(xing)號不銹鋼(gang)制(zhi)造。
1Cr17Ni2鋼(gang)的(de)(de)淬(cui)火(huo)溫(wen)度(du)(du)范圍為(wei)950～1050℃，油(you)冷(leng)。淬(cui)火(huo)后低溫(wen)回(hui)火(huo)或高(gao)溫(wen)回(hui)火(huo)均有較好的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性，淬(cui)火(huo)后經200～300℃回(hui)火(huo)，鋼(gang)的(de)(de)硬度(du)(du)為(wei)38～40HRC，如通(tong)過(guo)冷(leng)處理，可使奧氏(shi)體繼續(xu)轉變為(wei)馬氏(shi)體，硬度(du)(du)可提(ti)高(gao)到42～48HRC。基(ji)體組織為(wei)回(hui)火(huo)索(suo)氏(shi)體，具有較好的(de)(de)強度(du)(du)和韌度(du)(du)配合，而且也有較高(gao)的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性。該(gai)類鋼(gang)還可以通(tong)過(guo)滲氮(dan)處理，提(ti)高(gao)耐(nai)磨性、抗(kang)咬合能力和模具的(de)(de)使用(yong)壽(shou)命(ming)。
1Cr17Ni2 鋼主要用于(yu)耐腐(fu)蝕、高精度的塑料模(mo)具。
2. 沉淀硬(ying)化型不銹鋼(gang)
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(chen)淀硬化不銹鋼有：0Cr17Ni14Cu4Nb、0Cr17NiAl、0Cr15Ni17Mo4Al、0Cr12Ni4Mn5Mo3Al、1Cr14Co13Mo5V等。
例(li)如，0Cr17Ni14Cu4Nb鋼(gang)是一種馬氏體沉淀硬(ying)化(hua)不銹鋼(gang)，因碳含量低，耐蝕性優于馬氏體不銹鋼(gang)，而接近奧(ao)氏體不銹鋼(gang)。該鋼(gang)熱(re)(re)處(chu)理工(gong)藝簡單(dan)，固溶溫(wen)度(du)(du)為1040℃，水(shui)冷，熱(re)(re)處(chu)理后可(ke)(ke)獲得單(dan)一板條狀馬氏體，硬(ying)度(du)(du)為32～34HRC，具(ju)有(you)良好的切削加工(gong)性能，便于模(mo)(mo)具(ju)的加工(gong)成形，經460～480℃時(shi)(shi)效后，模(mo)(mo)具(ju)的硬(ying)度(du)(du)可(ke)(ke)達(da)到40HRC，由于溫(wen)度(du)(du)較低模(mo)(mo)具(ju)變(bian)形較小，硬(ying)度(du)(du)和強度(du)(du)皆有(you)所提高，同時(shi)(shi)獲得綜(zong)合的力學性能。該類(lei)鋼(gang)制模(mo)(mo)具(ju)可(ke)(ke)采用(yong)離子(zi)滲氮表(biao)面(mian)(mian)處(chu)理，表(biao)面(mian)(mian)硬(ying)度(du)(du)可(ke)(ke)達(da)900HV以上，大(da)大(da)延長了模(mo)(mo)具(ju)的使用(yong)壽命。
沉淀硬化(hua)型不(bu)銹鋼主要(yao)用于(yu)制(zhi)造耐腐蝕、高精度(du)的(de)塑料模(mo)具(ju)。
3. 奧氏體不銹鋼在熱作模具(ju)上的應用(yong)
近年來，為了滿足耐高溫、耐蝕、抗氧化要求而引入的奧氏體(ti)不銹(xiu)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(gang)屬(shu)于鉻鎳系奧氏體不(bu)銹鋼(gang)。該鋼(gang)在650℃以(yi)下(xia)有良好的力學性能；在600～800℃時(shi)，易因強烈的時(shi)效而(er)強化；在800℃以(yi)下(xia)耐(nai)熱不(bu)起皮；在900℃以(yi)下(xia)耐(nai)氣體腐蝕能力高。該鋼(gang)熱處理工藝為：固(gu)溶(rong)溫(wen)度1000～1100℃，水冷，組(zu)織(zhi)(zhi)為奧氏體；時(shi)效處理溫(wen)度為750℃，空冷，組(zu)織(zhi)(zhi)為奧氏體。
4Cr14Ni14W2Mo鋼(gang)抗氧(yang)化性好，可以(yi)用(yong)于鈦(tai)合金蠕變成(cheng)形(xing)模(mo)、強腐蝕(shi)性的玻(bo)璃(li)成(cheng)形(xing)模(mo)以(yi)及(ji)壓鑄用(yong)型芯等熱作模(mo)具(ju)。
4. 奧(ao)氏(shi)體不銹鋼在無磁模具中的應(ying)用
為(wei)了適應磁(ci)性制(zhi)品的生產，人們用無(wu)磁(ci)模(mo)具(ju)鋼制(zhi)造(zao)無(wu)磁(ci)冷作模(mo)具(ju)和塑(su)料模(mo)具(ju)，這種模(mo)具(ju)在強磁(ci)場中(zhong)不會被磁(ci)化，保證了磁(ci)性制(zhi)品在生產過程中(zhong)即使被磁(ci)化，仍然(ran)容易脫模(mo)，從而(er)有效地保證了生產的正常進行。
無磁模(mo)具鋼(gang)包括奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不銹鋼(gang)和高錳系奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)鋼(gang)。1Cr18Ni8Ti鋼(gang)屬于奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)型不銹鋼(gang)，具有(you)較高的抗晶間腐蝕性(xing)(xing)能，在(zai)(zai)各種狀(zhuang)態(tai)下(xia)都能保(bao)持穩定的奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)組織(zhi)，在(zai)(zai)強磁場中(zhong)部產生磁感應(ying)。該(gai)鋼(gang)的冷(leng)(leng)拉(la)坯料退火溫(wen)度(du)(du)(du)(du)為(wei)(wei)970℃，水冷(leng)(leng)；固(gu)溶溫(wen)度(du)(du)(du)(du)為(wei)(wei)1030～1160℃水冷(leng)(leng)，組織(zhi)為(wei)(wei)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)；時效(xiao)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)800℃保(bao)溫(wen)10h，或時效(xiao)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)700℃保(bao)溫(wen)20h，組織(zhi)為(wei)(wei)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)＋碳化物(wu)。時效(xiao)后強度(du)(du)(du)(du)和其(qi)他力學性(xing)(xing)能均有(you)所提高，但(dan)硬度(du)(du)(du)(du)仍然較低（＜200HBW），為(wei)(wei)保(bao)證(zheng)其(qi)耐磨性(xing)(xing)，一(yi)般還需進行滲氮處理。
1Cr18Ni8Ti鋼經(jing)固溶(rong)后(hou)呈單相(xiang)奧氏體(ti)組織，因(yin)此在強磁場中不(bu)產(chan)生感應，適宜制造無磁模具(ju)和(he)耐蝕性的(de)塑料模具(ju)。
5. 結束語(yu)
不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)種(zhong)類(lei)較多，有(you)奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)、奧氏體＋鐵(tie)素(su)(su)體（雙相(xiang)）型不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)、鐵(tie)素(su)(su)體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)、馬(ma)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)、沉淀硬化型不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)，其共同特點是不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)耐蝕。各類(lei)模(mo)具(ju)的(de)服役條件(jian)(jian)差異較大，因此(ci)各類(lei)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)選擇和(he)應用(yong)需根據模(mo)具(ju)的(de)生產條件(jian)(jian)和(he)工作環境的(de)需要，結(jie)合(he)(he)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)材料的(de)基本(ben)性能(neng)和(he)相(xiang)關因素(su)(su)，選擇符合(he)(he)模(mo)具(ju)性能(neng)要求，經濟上(shang)合(he)(he)理、技術上(shang)先(xian)進的(de)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)材料，從而提高產品的(de)質量和(he)模(mo)具(ju)的(de)使用(yong)水平。
