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(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(ma)氏體不銹(xiu)鋼(gang)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. 中碳高鉻耐蝕馬氏體不銹鋼
這類鋼(gang)要(yao)求(qiu)硬度(du)(du)在(zai)50~55HRC。典型的不銹鋼(gang)為4Cr13,該(gai)鋼(gang)為中(zhong)碳馬氏體(ti)不銹鋼(gang),熱處理后具(ju)(ju)有較(jiao)高(gao)(gao)的硬度(du)(du)和耐磨性,且抗大氣和水蒸氣腐(fu)蝕(shi),可用于(yu)制造要(yao)求(qiu)一(yi)定耐蝕(shi)性的塑(su)料(liao)模具(ju)(ju)。該(gai)鋼(gang)的淬(cui)火(huo)(huo)(huo)溫度(du)(du)一(yi)般(ban)選擇1050℃,淬(cui)透性好。對(dui)(dui)于(yu)小型塑(su)料(liao)模具(ju)(ju),淬(cui)火(huo)(huo)(huo)時可用空氣冷(leng)卻,以減少模具(ju)(ju)的熱處理變(bian)形;而對(dui)(dui)于(yu)尺寸(cun)較(jiao)大的模具(ju)(ju)可采(cai)用油淬(cui),淬(cui)火(huo)(huo)(huo)后的模具(ju)(ju)一(yi)般(ban)采(cai)用200～300℃回火(huo)(huo)(huo)，回火(huo)(huo)(huo)后硬度(du)(du)為50～53HRC。適(shi)宜制造承(cheng)受高(gao)(gao)負荷、高(gao)(gao)耐磨及(ji)腐(fu)蝕(shi)介質作用下的塑(su)料(liao)模具(ju)(ju)。
b. 高碳高鉻(ge)型不銹(xiu)鋼(gang)
對于要求較高(gao)(gao)硬(ying)度、較高(gao)(gao)耐(nai)磨(mo)性的(de)耐(nai)蝕(shi)塑料模具可選(xuan)擇高(gao)(gao)碳(tan)高(gao)(gao)鉻型不銹鋼，如9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo和 Cr14MoV 等。以Cr14MoV鋼為例(li)，其w(C)=1.0%~1.11.15％，該鋼具有較好的(de)淬(cui)透(tou)性，淬(cui)火溫(wen)(wen)度一般選(xuan)擇為1100～1120℃油冷，硬(ying)度≥58HRC，回火溫(wen)(wen)度為500℃，保溫(wen)(wen)2h，回火4次，其硬(ying)度≥60HRC。該鋼具有高(gao)(gao)硬(ying)度、高(gao)(gao)耐(nai)磨(mo)性和良好的(de)耐(nai)蝕(shi)性，高(gao)(gao)溫(wen)(wen)硬(ying)度也較高(gao)(gao)，適宜制造(zao)在腐蝕(shi)介質作用(yong)下承受高(gao)(gao)負荷、高(gao)(gao)耐(nai)磨(mo)的(de)塑料模具。
c. 低碳鉻鎳型耐(nai)蝕不銹鋼
1Cr17Ni2鋼屬(shu)于(yu)馬氏體型不(bu)銹耐(nai)(nai)酸鋼，對于(yu)氧化酸類（一(yi)定溫(wen)度(du)、濃度(du)的硝酸，大部分的有機(ji)酸）以(yi)及鹽(yan)類的水溶液有良(liang)好(hao)的耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)；該(gai)鋼有較(jiao)高(gao)的強度(du)和適宜的硬度(du)，耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)比(bi)4Cr13鋼好(hao)，因(yin)此要求(qiu)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)高(gao)的塑料(liao)模具，仍然有一(yi)部分采用該(gai)型號不(bu)銹鋼制造。
1Cr17Ni2鋼的(de)淬火(huo)(huo)(huo)溫度范圍(wei)為(wei)950～1050℃，油(you)冷。淬火(huo)(huo)(huo)后低溫回火(huo)(huo)(huo)或高(gao)溫回火(huo)(huo)(huo)均有(you)較(jiao)好的(de)耐蝕性，淬火(huo)(huo)(huo)后經200～300℃回火(huo)(huo)(huo)，鋼的(de)硬(ying)度為(wei)38～40HRC，如(ru)通過冷處理(li)，可使奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)繼(ji)續轉變為(wei)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)，硬(ying)度可提高(gao)到42～48HRC。基(ji)體(ti)(ti)組織(zhi)為(wei)回火(huo)(huo)(huo)索氏(shi)(shi)體(ti)(ti)，具有(you)較(jiao)好的(de)強度和(he)韌度配合，而且(qie)也有(you)較(jiao)高(gao)的(de)耐蝕性。該(gai)類(lei)鋼還可以通過滲氮處理(li)，提高(gao)耐磨性、抗咬合能力和(he)模具的(de)使用壽命。
1Cr17Ni2 鋼主要用于耐腐(fu)蝕(shi)、高(gao)精度(du)的塑(su)料模具。
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(ying)化不(bu)銹鋼有：0Cr17Ni14Cu4Nb、0Cr17NiAl、0Cr15Ni17Mo4Al、0Cr12Ni4Mn5Mo3Al、1Cr14Co13Mo5V等。
例如(ru)，0Cr17Ni14Cu4Nb鋼(gang)是一種馬氏(shi)體沉(chen)淀硬(ying)(ying)化不銹(xiu)鋼(gang)，因碳含量低，耐(nai)蝕性優于馬氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)，而接近奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)。該鋼(gang)熱(re)處理(li)(li)工(gong)藝簡單，固溶溫度(du)為1040℃，水冷，熱(re)處理(li)(li)后可(ke)獲得(de)單一板條狀馬氏(shi)體，硬(ying)(ying)度(du)為32～34HRC，具(ju)有良(liang)好的(de)(de)切削加工(gong)性能，便于模(mo)具(ju)的(de)(de)加工(gong)成形，經460～480℃時(shi)效后，模(mo)具(ju)的(de)(de)硬(ying)(ying)度(du)可(ke)達到40HRC，由于溫度(du)較低模(mo)具(ju)變形較小，硬(ying)(ying)度(du)和強度(du)皆有所提高，同時(shi)獲得(de)綜合(he)的(de)(de)力(li)學性能。該類鋼(gang)制模(mo)具(ju)可(ke)采用(yong)離子滲(shen)氮(dan)表面處理(li)(li)，表面硬(ying)(ying)度(du)可(ke)達900HV以上，大大延長了模(mo)具(ju)的(de)(de)使用(yong)壽(shou)命(ming)。
沉(chen)淀硬化型(xing)不銹鋼主要用于制造耐腐(fu)蝕、高精度的塑(su)料模具。
3. 奧(ao)氏體不銹鋼在熱作模具(ju)上的(de)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(gang)屬于鉻鎳系奧氏體不銹鋼(gang)。該鋼(gang)在(zai)(zai)650℃以下有(you)良好的力學(xue)性能；在(zai)(zai)600～800℃時，易因(yin)強烈的時效而強化；在(zai)(zai)800℃以下耐熱(re)不起皮；在(zai)(zai)900℃以下耐氣體腐蝕能力高(gao)。該鋼(gang)熱(re)處理(li)工藝為(wei)：固(gu)溶(rong)溫(wen)度1000～1100℃，水冷，組織為(wei)奧氏體；時效處理(li)溫(wen)度為(wei)750℃，空冷，組織為(wei)奧氏體。
4Cr14Ni14W2Mo鋼抗氧(yang)化性好，可(ke)以用(yong)于鈦合金(jin)蠕變成(cheng)形模、強腐(fu)蝕性的玻璃成(cheng)形模以及壓(ya)鑄用(yong)型芯等熱(re)作(zuo)模具。
4. 奧氏(shi)體不銹鋼在無磁模具(ju)中的(de)應用
為了適應(ying)磁性制品的生產，人(ren)們用無(wu)磁模具鋼(gang)制造(zao)無(wu)磁冷作(zuo)模具和(he)塑料(liao)模具，這種(zhong)模具在強磁場中(zhong)(zhong)不會(hui)被磁化，保(bao)證(zheng)了磁性制品在生產過(guo)程中(zhong)(zhong)即使(shi)被磁化，仍然容易脫(tuo)模，從而有(you)效地保(bao)證(zheng)了生產的正常進行。
無磁(ci)模具鋼包括奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹鋼和高錳系奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)鋼。1Cr18Ni8Ti鋼屬(shu)于奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)型不銹鋼，具有(you)較高的抗晶間腐(fu)蝕性(xing)能(neng)，在各種狀(zhuang)態下都能(neng)保持穩(wen)定的奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)組織，在強磁(ci)場中部產生磁(ci)感應。該鋼的冷拉坯料退火溫(wen)度為970℃，水冷；固溶溫(wen)度為1030～1160℃水冷，組織為奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)；時效(xiao)溫(wen)度800℃保溫(wen)10h，或時效(xiao)溫(wen)度700℃保溫(wen)20h，組織為奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)＋碳化物(wu)。時效(xiao)后(hou)強度和其他力學性(xing)能(neng)均(jun)有(you)所(suo)提高，但(dan)硬度仍然較低（＜200HBW），為保證其耐磨(mo)性(xing)，一(yi)般還需進行(xing)滲氮處理(li)。
1Cr18Ni8Ti鋼經固溶(rong)后(hou)呈單相奧氏體(ti)組織，因此在強磁(ci)場中不產生感應，適宜制(zhi)造無磁(ci)模具(ju)和(he)耐蝕性的塑料模具(ju)。
5. 結束語(yu)
不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)種類較多(duo)，有奧氏(shi)體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)、奧氏(shi)體＋鐵素體（雙相(xiang)）型不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)、鐵素體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)、馬(ma)氏(shi)體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)、沉(chen)淀硬化型不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)，其共同(tong)特點是不銹(xiu)(xiu)耐蝕。各類模(mo)具的(de)(de)服役(yi)條件(jian)差(cha)異較大，因此各類不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)選擇(ze)和(he)應用(yong)需根據模(mo)具的(de)(de)生產(chan)(chan)條件(jian)和(he)工作環境的(de)(de)需要(yao)，結(jie)合(he)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)材料的(de)(de)基本性(xing)能和(he)相(xiang)關因素，選擇(ze)符合(he)模(mo)具性(xing)能要(yao)求(qiu)，經(jing)濟上合(he)理、技術上先(xian)進的(de)(de)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)材料，從而提高(gao)產(chan)(chan)品(pin)的(de)(de)質量和(he)模(mo)具的(de)(de)使用(yong)水(shui)平。
