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(tan)高(gao)鉻(ge)耐(nai)蝕馬氏體不銹鋼
這類鋼(gang)要(yao)求硬(ying)度在(zai)50~55HRC。典(dian)型的(de)不(bu)銹鋼(gang)為(wei)(wei)4Cr13,該(gai)鋼(gang)為(wei)(wei)中碳馬氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang),熱處理(li)后具(ju)有較(jiao)高(gao)(gao)的(de)硬(ying)度和(he)耐(nai)磨(mo)(mo)性,且(qie)抗大氣(qi)(qi)和(he)水蒸(zheng)氣(qi)(qi)腐(fu)(fu)蝕,可用(yong)于(yu)制造要(yao)求一(yi)定耐(nai)蝕性的(de)塑(su)料(liao)模具(ju)。該(gai)鋼(gang)的(de)淬火(huo)(huo)溫(wen)度一(yi)般選擇1050℃,淬透性好。對于(yu)小型塑(su)料(liao)模具(ju),淬火(huo)(huo)時可用(yong)空氣(qi)(qi)冷卻,以減(jian)少(shao)模具(ju)的(de)熱處理(li)變形;而對于(yu)尺寸(cun)較(jiao)大的(de)模具(ju)可采用(yong)油淬,淬火(huo)(huo)后的(de)模具(ju)一(yi)般采用(yong)200～300℃回(hui)火(huo)(huo)，回(hui)火(huo)(huo)后硬(ying)度為(wei)(wei)50～53HRC。適(shi)宜制造承(cheng)受高(gao)(gao)負荷、高(gao)(gao)耐(nai)磨(mo)(mo)及腐(fu)(fu)蝕介質(zhi)作用(yong)下的(de)塑(su)料(liao)模具(ju)。
b. 高碳高鉻型不銹鋼(gang)
對于要(yao)求較(jiao)高(gao)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)、較(jiao)高(gao)耐(nai)磨性的耐(nai)蝕塑料模(mo)具可選擇高(gao)碳高(gao)鉻(ge)型(xing)不銹(xiu)鋼(gang)，如9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo和 Cr14MoV 等(deng)。以(yi)Cr14MoV鋼(gang)為例，其w(C)=1.0%~1.11.15％，該鋼(gang)具有(you)較(jiao)好的淬(cui)透性，淬(cui)火(huo)(huo)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)一般選擇為1100～1120℃油冷(leng)，硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)≥58HRC，回火(huo)(huo)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)為500℃，保溫(wen)(wen)2h，回火(huo)(huo)4次(ci)，其硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)≥60HRC。該鋼(gang)具有(you)高(gao)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)、高(gao)耐(nai)磨性和良好的耐(nai)蝕性，高(gao)溫(wen)(wen)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)也較(jiao)高(gao)，適宜制造在(zai)腐(fu)蝕介(jie)質作(zuo)用(yong)下承受高(gao)負荷、高(gao)耐(nai)磨的塑料模(mo)具。
c. 低碳(tan)鉻鎳型耐蝕不銹鋼
1Cr17Ni2鋼(gang)屬(shu)于(yu)馬(ma)氏體型(xing)不(bu)銹耐酸鋼(gang)，對于(yu)氧化酸類(lei)（一(yi)定溫度(du)、濃(nong)度(du)的(de)(de)硝(xiao)酸，大(da)部(bu)分的(de)(de)有機(ji)酸）以及鹽類(lei)的(de)(de)水溶液有良好的(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)；該(gai)鋼(gang)有較高的(de)(de)強(qiang)度(du)和(he)適(shi)宜的(de)(de)硬度(du)，耐蝕(shi)性(xing)比4Cr13鋼(gang)好，因此要求耐蝕(shi)性(xing)高的(de)(de)塑料模具，仍(reng)然有一(yi)部(bu)分采(cai)用該(gai)型(xing)號(hao)不(bu)銹鋼(gang)制造。
1Cr17Ni2鋼的淬(cui)火(huo)溫(wen)度(du)范圍為(wei)950～1050℃，油冷(leng)。淬(cui)火(huo)后低溫(wen)回火(huo)或高溫(wen)回火(huo)均有(you)(you)較好的耐(nai)蝕(shi)(shi)性，淬(cui)火(huo)后經200～300℃回火(huo)，鋼的硬度(du)為(wei)38～40HRC，如通過(guo)(guo)冷(leng)處理，可使奧氏體(ti)(ti)繼(ji)續(xu)轉變(bian)為(wei)馬氏體(ti)(ti)，硬度(du)可提高到42～48HRC。基體(ti)(ti)組織為(wei)回火(huo)索(suo)氏體(ti)(ti)，具(ju)有(you)(you)較好的強(qiang)度(du)和韌(ren)度(du)配合(he)，而且也有(you)(you)較高的耐(nai)蝕(shi)(shi)性。該類(lei)鋼還可以通過(guo)(guo)滲氮處理，提高耐(nai)磨性、抗咬合(he)能力和模具(ju)的使用壽命。
1Cr17Ni2 鋼主要用于(yu)耐腐蝕(shi)、高精度(du)的塑料模具。
2. 沉(chen)淀(dian)硬化型(xing)不銹(xiu)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鋼是一(yi)種馬氏體沉(chen)淀硬化不銹(xiu)鋼，因碳含(han)量低，耐蝕性優(you)于馬氏體不銹(xiu)鋼，而接近奧氏體不銹(xiu)鋼。該鋼熱(re)處(chu)理(li)工藝簡單，固(gu)溶溫度(du)(du)為(wei)1040℃，水冷，熱(re)處(chu)理(li)后(hou)可(ke)(ke)獲(huo)(huo)得(de)單一(yi)板(ban)條狀馬氏體，硬度(du)(du)為(wei)32～34HRC，具(ju)有良好的(de)(de)切削加工性能(neng)(neng)，便于模(mo)(mo)具(ju)的(de)(de)加工成形，經460～480℃時效后(hou)，模(mo)(mo)具(ju)的(de)(de)硬度(du)(du)可(ke)(ke)達到40HRC，由于溫度(du)(du)較(jiao)(jiao)低模(mo)(mo)具(ju)變形較(jiao)(jiao)小，硬度(du)(du)和強度(du)(du)皆(jie)有所提高(gao)，同時獲(huo)(huo)得(de)綜合(he)的(de)(de)力學性能(neng)(neng)。該類鋼制(zhi)模(mo)(mo)具(ju)可(ke)(ke)采(cai)用離(li)子(zi)滲氮表面處(chu)理(li)，表面硬度(du)(du)可(ke)(ke)達900HV以(yi)上(shang)，大(da)(da)大(da)(da)延(yan)長了模(mo)(mo)具(ju)的(de)(de)使用壽命。
沉淀硬化型不銹(xiu)鋼主(zhu)要用于制造(zao)耐(nai)腐蝕、高精度的塑料模具。
3. 奧(ao)氏體不銹鋼在熱(re)作模具上(shang)的應(ying)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(ti)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(xi)奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)。該(gai)鋼(gang)在(zai)(zai)650℃以(yi)下有(you)良好的(de)力學(xue)性能(neng)；在(zai)(zai)600～800℃時(shi)，易因強(qiang)(qiang)烈的(de)時(shi)效(xiao)而強(qiang)(qiang)化；在(zai)(zai)800℃以(yi)下耐熱(re)不起皮；在(zai)(zai)900℃以(yi)下耐氣(qi)體(ti)腐蝕能(neng)力高。該(gai)鋼(gang)熱(re)處理(li)工藝為(wei)(wei)：固溶溫度(du)1000～1100℃，水冷，組(zu)織為(wei)(wei)奧(ao)氏體(ti)；時(shi)效(xiao)處理(li)溫度(du)為(wei)(wei)750℃，空冷，組(zu)織為(wei)(wei)奧(ao)氏體(ti)。
4Cr14Ni14W2Mo鋼抗氧(yang)化性(xing)好(hao)，可以用(yong)于(yu)鈦(tai)合金蠕變成(cheng)形模、強腐蝕性(xing)的(de)玻(bo)璃(li)成(cheng)形模以及壓鑄用(yong)型芯(xin)等熱作模具。
4. 奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)在無磁模具中的應用
為了適應(ying)磁(ci)性(xing)制品(pin)的生(sheng)產，人們用無(wu)磁(ci)模具(ju)鋼制造無(wu)磁(ci)冷作(zuo)模具(ju)和塑料(liao)模具(ju)，這種模具(ju)在(zai)強磁(ci)場中不(bu)會被磁(ci)化，保證(zheng)了磁(ci)性(xing)制品(pin)在(zai)生(sheng)產過程中即使(shi)被磁(ci)化，仍(reng)然容(rong)易(yi)脫模，從而有效地保證(zheng)了生(sheng)產的正(zheng)常進(jin)行。
無磁模(mo)具(ju)鋼包括奧氏體(ti)不銹鋼和高錳系奧氏體(ti)鋼。1Cr18Ni8Ti鋼屬(shu)于奧氏體(ti)型(xing)不銹鋼，具(ju)有較高的(de)抗(kang)晶間腐蝕性能，在各種狀(zhuang)態下都能保(bao)持(chi)穩定的(de)奧氏體(ti)組織(zhi)(zhi)，在強磁場中部產生磁感應。該鋼的(de)冷拉(la)坯料(liao)退火溫(wen)度(du)為970℃，水冷；固溶溫(wen)度(du)為1030～1160℃水冷，組織(zhi)(zhi)為奧氏體(ti)；時(shi)效溫(wen)度(du)800℃保(bao)溫(wen)10h，或時(shi)效溫(wen)度(du)700℃保(bao)溫(wen)20h，組織(zhi)(zhi)為奧氏體(ti)＋碳化物。時(shi)效后(hou)強度(du)和其(qi)他力(li)學(xue)性能均有所(suo)提高，但硬度(du)仍(reng)然較低（＜200HBW），為保(bao)證其(qi)耐(nai)磨(mo)性，一(yi)般還(huan)需(xu)進行滲氮(dan)處理(li)。
1Cr18Ni8Ti鋼經(jing)固溶后(hou)呈單相奧氏體組織，因此在強磁(ci)場中不產生(sheng)感應，適(shi)宜制造無磁(ci)模具(ju)和(he)耐蝕性(xing)的(de)塑料模具(ju)。
5. 結束語
不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)種類較(jiao)多(duo)，有奧(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)、奧(ao)氏體(ti)(ti)＋鐵素體(ti)(ti)（雙相）型不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)、鐵素體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)、馬氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)、沉淀硬化型不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)，其(qi)共同特點是不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)耐蝕(shi)。各類模具的(de)(de)服役條件差異較(jiao)大，因此各類不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)選(xuan)(xuan)擇和(he)(he)應用(yong)需根據模具的(de)(de)生產(chan)條件和(he)(he)工作環境的(de)(de)需要(yao)，結合(he)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)材(cai)料(liao)的(de)(de)基本(ben)性(xing)能和(he)(he)相關因素，選(xuan)(xuan)擇符合(he)模具性(xing)能要(yao)求(qiu)，經(jing)濟上合(he)理、技(ji)術上先進的(de)(de)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)材(cai)料(liao)，從而(er)提高產(chan)品的(de)(de)質量和(he)(he)模具的(de)(de)使用(yong)水平。
