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
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(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(lei)鋼(gang)要求硬(ying)度在50~55HRC。典(dian)型的(de)(de)(de)不銹(xiu)鋼(gang)為(wei)4Cr13,該鋼(gang)為(wei)中碳馬氏體不銹(xiu)鋼(gang),熱(re)處理后具(ju)有較高(gao)(gao)的(de)(de)(de)硬(ying)度和(he)(he)耐磨性,且抗(kang)大(da)氣(qi)和(he)(he)水蒸氣(qi)腐(fu)蝕,可(ke)用于(yu)制造要求一定耐蝕性的(de)(de)(de)塑(su)料(liao)模(mo)(mo)具(ju)。該鋼(gang)的(de)(de)(de)淬(cui)火溫度一般選(xuan)擇1050℃,淬(cui)透性好。對于(yu)小(xiao)型塑(su)料(liao)模(mo)(mo)具(ju),淬(cui)火時(shi)可(ke)用空氣(qi)冷卻,以(yi)減少模(mo)(mo)具(ju)的(de)(de)(de)熱(re)處理變形(xing);而對于(yu)尺寸較大(da)的(de)(de)(de)模(mo)(mo)具(ju)可(ke)采(cai)用油淬(cui),淬(cui)火后的(de)(de)(de)模(mo)(mo)具(ju)一般采(cai)用200～300℃回(hui)火，回(hui)火后硬(ying)度為(wei)50～53HRC。適宜制造承受高(gao)(gao)負荷、高(gao)(gao)耐磨及腐(fu)蝕介質作用下的(de)(de)(de)塑(su)料(liao)模(mo)(mo)具(ju)。
b. 高(gao)碳高(gao)鉻(ge)型(xing)不(bu)銹鋼
對于要求較(jiao)高(gao)硬度(du)(du)(du)(du)、較(jiao)高(gao)耐磨(mo)性的(de)(de)耐蝕塑料(liao)模(mo)具可(ke)選擇高(gao)碳高(gao)鉻型不銹鋼(gang)，如9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo和(he)(he) Cr14MoV 等。以Cr14MoV鋼(gang)為例，其w(C)=1.0%~1.11.15％，該(gai)(gai)鋼(gang)具有(you)較(jiao)好(hao)的(de)(de)淬(cui)(cui)透性，淬(cui)(cui)火溫(wen)度(du)(du)(du)(du)一般選擇為1100～1120℃油(you)冷(leng)，硬度(du)(du)(du)(du)≥58HRC，回火溫(wen)度(du)(du)(du)(du)為500℃，保溫(wen)2h，回火4次(ci)，其硬度(du)(du)(du)(du)≥60HRC。該(gai)(gai)鋼(gang)具有(you)高(gao)硬度(du)(du)(du)(du)、高(gao)耐磨(mo)性和(he)(he)良好(hao)的(de)(de)耐蝕性，高(gao)溫(wen)硬度(du)(du)(du)(du)也(ye)較(jiao)高(gao)，適宜制造在腐(fu)蝕介(jie)質作用(yong)下承(cheng)受高(gao)負(fu)荷、高(gao)耐磨(mo)的(de)(de)塑料(liao)模(mo)具。
c. 低碳鉻鎳型耐蝕不銹鋼
1Cr17Ni2鋼(gang)(gang)屬(shu)于馬氏體型(xing)不(bu)銹耐(nai)酸鋼(gang)(gang)，對于氧化酸類（一定溫(wen)度(du)、濃(nong)度(du)的(de)硝酸，大部(bu)分的(de)有(you)機酸）以(yi)及鹽類的(de)水溶液有(you)良(liang)好的(de)耐(nai)蝕性(xing)；該鋼(gang)(gang)有(you)較(jiao)高(gao)的(de)強(qiang)度(du)和適宜的(de)硬度(du)，耐(nai)蝕性(xing)比4Cr13鋼(gang)(gang)好，因此要求耐(nai)蝕性(xing)高(gao)的(de)塑料模具(ju)，仍然(ran)有(you)一部(bu)分采用(yong)該型(xing)號不(bu)銹鋼(gang)(gang)制(zhi)造。
1Cr17Ni2鋼的(de)(de)淬(cui)(cui)火溫(wen)度(du)范(fan)圍為(wei)(wei)950～1050℃，油冷。淬(cui)(cui)火后(hou)低(di)溫(wen)回(hui)火或高(gao)(gao)(gao)溫(wen)回(hui)火均(jun)有較好的(de)(de)耐蝕性，淬(cui)(cui)火后(hou)經200～300℃回(hui)火，鋼的(de)(de)硬(ying)度(du)為(wei)(wei)38～40HRC，如通過冷處理，可使(shi)奧氏(shi)體(ti)繼續轉變為(wei)(wei)馬氏(shi)體(ti)，硬(ying)度(du)可提(ti)高(gao)(gao)(gao)到42～48HRC。基體(ti)組織為(wei)(wei)回(hui)火索(suo)氏(shi)體(ti)，具有較好的(de)(de)強度(du)和韌度(du)配合，而(er)且也有較高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)耐蝕性。該類鋼還(huan)可以通過滲氮處理，提(ti)高(gao)(gao)(gao)耐磨性、抗咬(yao)合能力和模具的(de)(de)使(shi)用壽命。
1Cr17Ni2 鋼主要用于耐腐蝕、高(gao)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(ying)化不銹(xiu)鋼有：0Cr17Ni14Cu4Nb、0Cr17NiAl、0Cr15Ni17Mo4Al、0Cr12Ni4Mn5Mo3Al、1Cr14Co13Mo5V等。
例如(ru)，0Cr17Ni14Cu4Nb鋼(gang)(gang)是一種(zhong)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)沉(chen)淀硬(ying)(ying)化不銹(xiu)鋼(gang)(gang)，因碳含量(liang)低，耐(nai)蝕性(xing)(xing)優(you)于(yu)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)，而接近奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)。該鋼(gang)(gang)熱處理工(gong)(gong)藝簡單，固溶溫(wen)度(du)為(wei)1040℃，水冷，熱處理后可(ke)(ke)獲得單一板條狀馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)，硬(ying)(ying)度(du)為(wei)32～34HRC，具(ju)(ju)(ju)有良(liang)好的(de)切削(xue)加工(gong)(gong)性(xing)(xing)能，便(bian)于(yu)模(mo)具(ju)(ju)(ju)的(de)加工(gong)(gong)成形，經460～480℃時(shi)效(xiao)后，模(mo)具(ju)(ju)(ju)的(de)硬(ying)(ying)度(du)可(ke)(ke)達(da)到40HRC，由于(yu)溫(wen)度(du)較低模(mo)具(ju)(ju)(ju)變形較小，硬(ying)(ying)度(du)和強度(du)皆有所提高(gao)，同時(shi)獲得綜合的(de)力學性(xing)(xing)能。該類鋼(gang)(gang)制(zhi)模(mo)具(ju)(ju)(ju)可(ke)(ke)采用離子滲(shen)氮表面處理，表面硬(ying)(ying)度(du)可(ke)(ke)達(da)900HV以上，大大延長了模(mo)具(ju)(ju)(ju)的(de)使用壽命。
沉淀硬化型不銹鋼主(zhu)要用(yong)于(yu)制造耐腐蝕、高(gao)精度(du)的塑(su)料模具。
3. 奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼在熱作模具上的應(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不銹鋼(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(gang)(gang)屬(shu)于鉻鎳系奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)(gang)。該鋼(gang)(gang)在650℃以(yi)(yi)下(xia)有良好的力(li)學性能；在600～800℃時(shi)，易(yi)因強(qiang)烈的時(shi)效而(er)強(qiang)化；在800℃以(yi)(yi)下(xia)耐熱(re)不起(qi)皮；在900℃以(yi)(yi)下(xia)耐氣(qi)體(ti)腐蝕能力(li)高。該鋼(gang)(gang)熱(re)處理工藝為(wei)(wei)：固(gu)溶溫度(du)1000～1100℃，水冷(leng)，組(zu)織(zhi)為(wei)(wei)奧(ao)氏(shi)體(ti)；時(shi)效處理溫度(du)為(wei)(wei)750℃，空冷(leng)，組(zu)織(zhi)為(wei)(wei)奧(ao)氏(shi)體(ti)。
4Cr14Ni14W2Mo鋼抗氧(yang)化性好，可以(yi)(yi)用(yong)于(yu)鈦合金蠕變(bian)成(cheng)形模、強腐蝕性的(de)玻璃成(cheng)形模以(yi)(yi)及壓鑄用(yong)型芯等熱(re)作模具(ju)。
4. 奧氏體不銹鋼在無(wu)磁模(mo)具中的應用(yong)
為了適應磁(ci)(ci)性制(zhi)品(pin)的生產，人們用無磁(ci)(ci)模具(ju)鋼(gang)制(zhi)造無磁(ci)(ci)冷作模具(ju)和塑(su)料模具(ju)，這種(zhong)模具(ju)在強磁(ci)(ci)場中(zhong)不會被磁(ci)(ci)化(hua)(hua)，保證(zheng)(zheng)了磁(ci)(ci)性制(zhi)品(pin)在生產過程(cheng)中(zhong)即使被磁(ci)(ci)化(hua)(hua)，仍然容(rong)易脫模，從而有效地保證(zheng)(zheng)了生產的正常進(jin)行。
無磁(ci)(ci)模具鋼(gang)包括奧(ao)(ao)(ao)氏體不(bu)銹鋼(gang)和(he)高(gao)錳系奧(ao)(ao)(ao)氏體鋼(gang)。1Cr18Ni8Ti鋼(gang)屬于(yu)奧(ao)(ao)(ao)氏體型(xing)不(bu)銹鋼(gang)，具有(you)較高(gao)的(de)抗晶間腐蝕性能，在(zai)各(ge)種狀態下都(dou)能保(bao)持(chi)穩定的(de)奧(ao)(ao)(ao)氏體組(zu)織，在(zai)強磁(ci)(ci)場中部產生磁(ci)(ci)感應。該鋼(gang)的(de)冷(leng)拉坯料退火溫(wen)度(du)(du)(du)為(wei)970℃，水冷(leng)；固溶溫(wen)度(du)(du)(du)為(wei)1030～1160℃水冷(leng)，組(zu)織為(wei)奧(ao)(ao)(ao)氏體；時效(xiao)溫(wen)度(du)(du)(du)800℃保(bao)溫(wen)10h，或時效(xiao)溫(wen)度(du)(du)(du)700℃保(bao)溫(wen)20h，組(zu)織為(wei)奧(ao)(ao)(ao)氏體＋碳化物。時效(xiao)后強度(du)(du)(du)和(he)其(qi)他力學性能均有(you)所提高(gao)，但硬度(du)(du)(du)仍然(ran)較低（＜200HBW），為(wei)保(bao)證其(qi)耐磨性，一般還(huan)需(xu)進行滲氮(dan)處(chu)理(li)。
1Cr18Ni8Ti鋼經固溶后(hou)呈單相奧(ao)氏體組織，因此在強(qiang)磁場中(zhong)不產生感應(ying)，適(shi)宜制造無磁模具和耐(nai)蝕性的塑料模具。
5. 結束語
不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)種類(lei)較多，有奧(ao)(ao)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)、奧(ao)(ao)氏體(ti)＋鐵素體(ti)（雙相）型(xing)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)、鐵素體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)、馬氏體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)、沉淀硬化型(xing)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)，其共(gong)同特點(dian)是不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)耐蝕。各(ge)類(lei)模具的(de)(de)服役條件差(cha)異較大(da)，因此各(ge)類(lei)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)選擇(ze)和應用(yong)需根據模具的(de)(de)生產條件和工作環境的(de)(de)需要(yao)(yao)，結合不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)材料的(de)(de)基本性能和相關因素，選擇(ze)符(fu)合模具性能要(yao)(yao)求，經濟(ji)上合理(li)、技術上先進的(de)(de)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)材料，從而(er)提高產品的(de)(de)質量和模具的(de)(de)使用(yong)水平。
