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(nai)蝕馬(ma)氏體不銹(xiu)鋼
這類鋼要求硬度在50~55HRC。典型(xing)的不(bu)銹(xiu)鋼為(wei)4Cr13,該(gai)鋼為(wei)中碳馬氏體不(bu)銹(xiu)鋼,熱處理(li)后具(ju)有(you)較高的硬度和(he)耐磨性,且抗(kang)大(da)氣(qi)和(he)水蒸氣(qi)腐蝕,可用(yong)于制造(zao)要求一(yi)定耐蝕性的塑料(liao)模(mo)(mo)具(ju)。該(gai)鋼的淬(cui)火溫度一(yi)般選擇(ze)1050℃,淬(cui)透性好。對于小型(xing)塑料(liao)模(mo)(mo)具(ju),淬(cui)火時可用(yong)空氣(qi)冷(leng)卻(que),以減少模(mo)(mo)具(ju)的熱處理(li)變形(xing);而對于尺寸(cun)較大(da)的模(mo)(mo)具(ju)可采用(yong)油淬(cui),淬(cui)火后的模(mo)(mo)具(ju)一(yi)般采用(yong)200～300℃回(hui)火，回(hui)火后硬度為(wei)50～53HRC。適(shi)宜制造(zao)承受高負荷、高耐磨及腐蝕介質作用(yong)下的塑料(liao)模(mo)(mo)具(ju)。
b. 高(gao)(gao)碳(tan)高(gao)(gao)鉻型不銹(xiu)鋼
對于要求較(jiao)高(gao)(gao)硬度(du)、較(jiao)高(gao)(gao)耐磨性(xing)的耐蝕(shi)(shi)塑料(liao)模(mo)具(ju)(ju)(ju)可選擇高(gao)(gao)碳高(gao)(gao)鉻(ge)型不銹鋼，如9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo和 Cr14MoV 等。以Cr14MoV鋼為(wei)例，其w(C)=1.0%~1.11.15％，該鋼具(ju)(ju)(ju)有較(jiao)好的淬透性(xing)，淬火溫(wen)度(du)一般(ban)選擇為(wei)1100～1120℃油冷(leng)，硬度(du)≥58HRC，回(hui)火溫(wen)度(du)為(wei)500℃，保溫(wen)2h，回(hui)火4次，其硬度(du)≥60HRC。該鋼具(ju)(ju)(ju)有高(gao)(gao)硬度(du)、高(gao)(gao)耐磨性(xing)和良好的耐蝕(shi)(shi)性(xing)，高(gao)(gao)溫(wen)硬度(du)也較(jiao)高(gao)(gao)，適宜(yi)制(zhi)造在腐(fu)蝕(shi)(shi)介質(zhi)作用下承受高(gao)(gao)負荷、高(gao)(gao)耐磨的塑料(liao)模(mo)具(ju)(ju)(ju)。
c. 低碳(tan)鉻鎳型耐蝕不銹鋼
1Cr17Ni2鋼(gang)屬于(yu)馬氏體型不銹耐(nai)(nai)酸(suan)鋼(gang)，對于(yu)氧化酸(suan)類(lei)（一(yi)定溫度(du)、濃(nong)度(du)的(de)硝(xiao)酸(suan)，大部(bu)分的(de)有機酸(suan)）以及鹽類(lei)的(de)水溶(rong)液(ye)有良(liang)好的(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)；該鋼(gang)有較高(gao)的(de)強度(du)和適宜的(de)硬度(du)，耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)比4Cr13鋼(gang)好，因(yin)此要求耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)高(gao)的(de)塑料模具，仍然有一(yi)部(bu)分采用該型號不銹鋼(gang)制造。
1Cr17Ni2鋼(gang)的淬(cui)火(huo)溫度(du)范圍為(wei)950～1050℃，油冷(leng)。淬(cui)火(huo)后低溫回火(huo)或高(gao)溫回火(huo)均有較好(hao)的耐蝕性，淬(cui)火(huo)后經(jing)200～300℃回火(huo)，鋼(gang)的硬度(du)為(wei)38～40HRC，如(ru)通過冷(leng)處理(li)，可(ke)使奧氏體(ti)(ti)繼續轉變為(wei)馬(ma)氏體(ti)(ti)，硬度(du)可(ke)提(ti)高(gao)到42～48HRC。基體(ti)(ti)組織為(wei)回火(huo)索氏體(ti)(ti)，具有較好(hao)的強度(du)和韌度(du)配合(he)，而(er)且也有較高(gao)的耐蝕性。該(gai)類鋼(gang)還可(ke)以通過滲氮處理(li)，提(ti)高(gao)耐磨性、抗(kang)咬合(he)能力和模具的使用壽命(ming)。
1Cr17Ni2 鋼主(zhu)要用(yong)于耐腐(fu)蝕、高精度的塑料模具(ju)。
2. 沉淀硬化型不銹鋼
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。常用的沉淀硬化不銹鋼有：0Cr17Ni14Cu4Nb、0Cr17NiAl、0Cr15Ni17Mo4Al、0Cr12Ni4Mn5Mo3Al、1Cr14Co13Mo5V等。
例如，0Cr17Ni14Cu4Nb鋼是一(yi)種馬氏體沉(chen)淀硬(ying)(ying)化不銹鋼，因碳含量低(di)，耐蝕性(xing)優(you)于(yu)馬氏體不銹鋼，而(er)接近奧氏體不銹鋼。該鋼熱處理(li)(li)工(gong)(gong)藝簡(jian)單(dan)，固溶溫度(du)(du)為1040℃，水冷(leng)，熱處理(li)(li)后(hou)可(ke)獲得單(dan)一(yi)板(ban)條狀馬氏體，硬(ying)(ying)度(du)(du)為32～34HRC，具(ju)有(you)良好的切(qie)削(xue)加工(gong)(gong)性(xing)能，便于(yu)模具(ju)的加工(gong)(gong)成形，經(jing)460～480℃時效(xiao)后(hou)，模具(ju)的硬(ying)(ying)度(du)(du)可(ke)達(da)到40HRC，由于(yu)溫度(du)(du)較低(di)模具(ju)變形較小，硬(ying)(ying)度(du)(du)和強度(du)(du)皆有(you)所提高，同時獲得綜(zong)合的力(li)學性(xing)能。該類鋼制模具(ju)可(ke)采用離子滲(shen)氮表面處理(li)(li)，表面硬(ying)(ying)度(du)(du)可(ke)達(da)900HV以上，大(da)大(da)延長了模具(ju)的使用壽命。
沉(chen)淀硬化型(xing)不(bu)銹鋼(gang)主要用于制(zhi)造耐腐蝕、高精度的塑(su)料模具。
3. 奧氏(shi)體不(bu)銹鋼在熱作模具上的應用
近年來，為了滿足耐高溫、耐蝕、抗氧化要求而引入的奧氏體不(bu)銹鋼(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(nie)系(xi)奧氏(shi)體不銹鋼。該(gai)鋼在650℃以(yi)下(xia)有(you)良好的力學性能(neng)；在600～800℃時，易因強烈的時效而強化；在800℃以(yi)下(xia)耐熱不起皮；在900℃以(yi)下(xia)耐氣(qi)體腐蝕能(neng)力高。該(gai)鋼熱處理(li)(li)工藝為：固溶(rong)溫度(du)1000～1100℃，水(shui)冷(leng)，組織為奧氏(shi)體；時效處理(li)(li)溫度(du)為750℃，空冷(leng)，組織為奧氏(shi)體。
4Cr14Ni14W2Mo鋼抗氧化性好，可以用于鈦(tai)合(he)金蠕變成(cheng)(cheng)形模、強腐蝕性的(de)玻璃成(cheng)(cheng)形模以及壓鑄用型芯等熱作模具。
4. 奧氏體不(bu)銹鋼在(zai)無磁模具中(zhong)的應用(yong)
為了(le)(le)適(shi)應(ying)磁(ci)性(xing)制(zhi)品的(de)生產，人(ren)們用(yong)無(wu)磁(ci)模(mo)具鋼(gang)制(zhi)造無(wu)磁(ci)冷作模(mo)具和塑料模(mo)具，這種模(mo)具在強磁(ci)場中(zhong)不會被(bei)磁(ci)化，保證了(le)(le)磁(ci)性(xing)制(zhi)品在生產過程中(zhong)即使被(bei)磁(ci)化，仍然(ran)容易(yi)脫(tuo)模(mo)，從而(er)有效地保證了(le)(le)生產的(de)正常進(jin)行。
無磁模具鋼包括奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼和高錳系奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)鋼。1Cr18Ni8Ti鋼屬于奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)型不銹(xiu)鋼，具有較(jiao)高的(de)抗(kang)晶間腐蝕性能(neng)，在各種狀態下都能(neng)保(bao)(bao)持穩定(ding)的(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)組織(zhi)，在強磁場中部(bu)產生磁感應。該鋼的(de)冷拉坯料退(tui)火溫(wen)(wen)度為(wei)970℃，水(shui)冷；固溶(rong)溫(wen)(wen)度為(wei)1030～1160℃水(shui)冷，組織(zhi)為(wei)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)；時效(xiao)溫(wen)(wen)度800℃保(bao)(bao)溫(wen)(wen)10h，或時效(xiao)溫(wen)(wen)度700℃保(bao)(bao)溫(wen)(wen)20h，組織(zhi)為(wei)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)＋碳化物。時效(xiao)后強度和其(qi)他力學性能(neng)均有所提高，但硬度仍然較(jiao)低（＜200HBW），為(wei)保(bao)(bao)證其(qi)耐(nai)磨性，一般還需進行(xing)滲氮(dan)處理。
1Cr18Ni8Ti鋼經固溶后呈單相(xiang)奧氏(shi)體組(zu)織，因此(ci)在(zai)強磁(ci)場中(zhong)不產生感應，適宜制(zhi)造無磁(ci)模具(ju)和耐(nai)蝕性的塑料(liao)模具(ju)。
5. 結束(shu)語
不(bu)銹(xiu)鋼(gang)種類較(jiao)(jiao)多，有(you)奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)、奧(ao)氏(shi)體＋鐵素體（雙(shuang)相(xiang)）型不(bu)銹(xiu)鋼(gang)、鐵素體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)、馬(ma)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)、沉淀(dian)硬化型不(bu)銹(xiu)鋼(gang)，其共同特點是不(bu)銹(xiu)耐蝕。各(ge)類模(mo)具(ju)(ju)的(de)服(fu)役條件(jian)差異(yi)較(jiao)(jiao)大，因此(ci)各(ge)類不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)選(xuan)擇(ze)和應用需根據模(mo)具(ju)(ju)的(de)生產(chan)條件(jian)和工作(zuo)環境的(de)需要(yao)，結合(he)(he)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)材料的(de)基本(ben)性能和相(xiang)關因素，選(xuan)擇(ze)符合(he)(he)模(mo)具(ju)(ju)性能要(yao)求，經濟上(shang)合(he)(he)理、技(ji)術上(shang)先進的(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)材料，從而提高產(chan)品的(de)質量(liang)和模(mo)具(ju)(ju)的(de)使用水平。
