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(ti)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(ma)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(ge)耐(nai)蝕(shi)馬氏體不銹鋼
這(zhe)類鋼要求硬度在50~55HRC。典型的(de)不銹(xiu)鋼為4Cr13,該(gai)鋼為中碳(tan)馬氏體不銹(xiu)鋼,熱處理(li)后具(ju)有(you)較(jiao)高的(de)硬度和(he)耐(nai)磨性(xing),且抗大(da)氣和(he)水蒸氣腐(fu)(fu)蝕,可(ke)(ke)用(yong)(yong)(yong)(yong)于(yu)制(zhi)(zhi)造要求一定耐(nai)蝕性(xing)的(de)塑料模具(ju)。該(gai)鋼的(de)淬(cui)(cui)火(huo)(huo)溫度一般選(xuan)擇1050℃,淬(cui)(cui)透性(xing)好(hao)。對于(yu)小型塑料模具(ju),淬(cui)(cui)火(huo)(huo)時可(ke)(ke)用(yong)(yong)(yong)(yong)空(kong)氣冷卻(que),以減少模具(ju)的(de)熱處理(li)變形;而(er)對于(yu)尺寸較(jiao)大(da)的(de)模具(ju)可(ke)(ke)采用(yong)(yong)(yong)(yong)油淬(cui)(cui),淬(cui)(cui)火(huo)(huo)后的(de)模具(ju)一般采用(yong)(yong)(yong)(yong)200～300℃回火(huo)(huo)，回火(huo)(huo)后硬度為50～53HRC。適(shi)宜(yi)制(zhi)(zhi)造承(cheng)受(shou)高負荷(he)、高耐(nai)磨及腐(fu)(fu)蝕介質作用(yong)(yong)(yong)(yong)下的(de)塑料模具(ju)。
b. 高碳高鉻(ge)型不(bu)銹(xiu)鋼
對于(yu)要求較(jiao)高(gao)(gao)(gao)硬度(du)(du)(du)(du)、較(jiao)高(gao)(gao)(gao)耐磨(mo)(mo)性(xing)(xing)的(de)耐蝕塑料模具(ju)可選(xuan)擇高(gao)(gao)(gao)碳高(gao)(gao)(gao)鉻型不銹鋼(gang)，如9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo和(he) Cr14MoV 等(deng)。以Cr14MoV鋼(gang)為(wei)(wei)(wei)例(li)，其w(C)=1.0%~1.11.15％，該鋼(gang)具(ju)有較(jiao)好(hao)的(de)淬(cui)透性(xing)(xing)，淬(cui)火(huo)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)一般選(xuan)擇為(wei)(wei)(wei)1100～1120℃油冷，硬度(du)(du)(du)(du)≥58HRC，回火(huo)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)為(wei)(wei)(wei)500℃，保溫(wen)2h，回火(huo)4次，其硬度(du)(du)(du)(du)≥60HRC。該鋼(gang)具(ju)有高(gao)(gao)(gao)硬度(du)(du)(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)耐磨(mo)(mo)性(xing)(xing)和(he)良好(hao)的(de)耐蝕性(xing)(xing)，高(gao)(gao)(gao)溫(wen)硬度(du)(du)(du)(du)也較(jiao)高(gao)(gao)(gao)，適(shi)宜(yi)制造(zao)在腐(fu)蝕介質作用下(xia)承受高(gao)(gao)(gao)負荷(he)、高(gao)(gao)(gao)耐磨(mo)(mo)的(de)塑料模具(ju)。
c. 低碳鉻鎳型耐蝕不銹鋼
1Cr17Ni2鋼(gang)(gang)(gang)屬于馬(ma)氏(shi)體(ti)型不(bu)銹耐(nai)(nai)酸鋼(gang)(gang)(gang)，對于氧化酸類（一定溫度(du)、濃度(du)的硝酸，大(da)部(bu)分(fen)的有機(ji)酸）以(yi)及(ji)鹽類的水溶液有良(liang)好的耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)；該鋼(gang)(gang)(gang)有較(jiao)高(gao)的強度(du)和適(shi)宜的硬度(du)，耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)比4Cr13鋼(gang)(gang)(gang)好，因此(ci)要求(qiu)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)高(gao)的塑料模具，仍然有一部(bu)分(fen)采用該型號不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)制(zhi)造。
1Cr17Ni2鋼(gang)的淬火(huo)溫(wen)度范圍(wei)為(wei)950～1050℃，油冷(leng)。淬火(huo)后低溫(wen)回(hui)(hui)(hui)火(huo)或高溫(wen)回(hui)(hui)(hui)火(huo)均有較好的耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)，淬火(huo)后經(jing)200～300℃回(hui)(hui)(hui)火(huo)，鋼(gang)的硬度為(wei)38～40HRC，如通(tong)過(guo)冷(leng)處(chu)理，可(ke)(ke)使奧氏體(ti)繼續轉變(bian)為(wei)馬氏體(ti)，硬度可(ke)(ke)提(ti)高到42～48HRC。基體(ti)組(zu)織為(wei)回(hui)(hui)(hui)火(huo)索氏體(ti)，具有較好的強度和(he)韌(ren)度配合，而且也有較高的耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)。該類(lei)鋼(gang)還可(ke)(ke)以通(tong)過(guo)滲(shen)氮處(chu)理，提(ti)高耐(nai)(nai)磨(mo)性(xing)、抗咬(yao)合能力和(he)模(mo)具的使用壽命(ming)。
1Cr17Ni2 鋼主要用于耐腐蝕、高精度的(de)塑料(liao)模具(ju)。
2. 沉淀硬化型不銹鋼(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。常用的沉淀(dian)硬化(hua)不銹鋼有：0Cr17Ni14Cu4Nb、0Cr17NiAl、0Cr15Ni17Mo4Al、0Cr12Ni4Mn5Mo3Al、1Cr14Co13Mo5V等。
例如(ru)，0Cr17Ni14Cu4Nb鋼是(shi)一種馬氏體(ti)(ti)(ti)沉淀(dian)硬(ying)(ying)化不銹鋼，因(yin)碳含量低，耐蝕性(xing)優于(yu)馬氏體(ti)(ti)(ti)不銹鋼，而接近(jin)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)不銹鋼。該鋼熱處理(li)工藝簡單(dan)，固溶溫(wen)度(du)(du)為1040℃，水冷，熱處理(li)后(hou)可獲得(de)單(dan)一板條狀(zhuang)馬氏體(ti)(ti)(ti)，硬(ying)(ying)度(du)(du)為32～34HRC，具(ju)有良好的(de)切削加工性(xing)能，便于(yu)模(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)的(de)加工成(cheng)形，經460～480℃時效后(hou)，模(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)的(de)硬(ying)(ying)度(du)(du)可達到40HRC，由于(yu)溫(wen)度(du)(du)較低模(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)變形較小(xiao)，硬(ying)(ying)度(du)(du)和強度(du)(du)皆有所提高(gao)，同(tong)時獲得(de)綜(zong)合(he)的(de)力學性(xing)能。該類鋼制(zhi)模(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)可采(cai)用(yong)離子滲(shen)氮表(biao)面(mian)處理(li)，表(biao)面(mian)硬(ying)(ying)度(du)(du)可達900HV以上，大大延長了模(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)的(de)使用(yong)壽命。
沉淀(dian)硬化型不銹鋼主要用于(yu)制造耐腐蝕(shi)、高精度(du)的(de)塑料模具。
3. 奧氏體不銹(xiu)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鋼屬于鉻鎳系奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼。該鋼在650℃以下有良(liang)好的(de)(de)力學性能；在600～800℃時(shi)(shi)，易因強烈的(de)(de)時(shi)(shi)效而強化；在800℃以下耐熱不(bu)起皮；在900℃以下耐氣體(ti)(ti)腐(fu)蝕能力高。該鋼熱處理工藝為(wei)：固溶溫度1000～1100℃，水冷，組(zu)織為(wei)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)；時(shi)(shi)效處理溫度為(wei)750℃，空(kong)冷，組(zu)織為(wei)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)。
4Cr14Ni14W2Mo鋼(gang)抗氧(yang)化性好，可以用(yong)于鈦(tai)合金蠕變成(cheng)形(xing)模(mo)、強腐蝕性的玻璃(li)成(cheng)形(xing)模(mo)以及壓(ya)鑄用(yong)型芯等熱(re)作模(mo)具。
4. 奧氏體不銹鋼在無磁模具(ju)中的(de)應用(yong)
為了(le)適應磁(ci)(ci)(ci)性(xing)制(zhi)(zhi)品的生產，人們用無磁(ci)(ci)(ci)模具(ju)鋼(gang)制(zhi)(zhi)造無磁(ci)(ci)(ci)冷作模具(ju)和塑料模具(ju)，這種模具(ju)在強磁(ci)(ci)(ci)場中不會被磁(ci)(ci)(ci)化(hua)，保(bao)證了(le)磁(ci)(ci)(ci)性(xing)制(zhi)(zhi)品在生產過(guo)程中即使被磁(ci)(ci)(ci)化(hua)，仍然容易脫模，從而(er)有效地保(bao)證了(le)生產的正(zheng)常(chang)進行。
無磁模具(ju)鋼(gang)包括(kuo)奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)和高錳系奧(ao)氏體(ti)鋼(gang)。1Cr18Ni8Ti鋼(gang)屬(shu)于奧(ao)氏體(ti)型不銹鋼(gang)，具(ju)有較高的抗晶間(jian)腐蝕性(xing)(xing)能(neng)(neng)，在(zai)各種狀(zhuang)態下都能(neng)(neng)保(bao)持穩(wen)定的奧(ao)氏體(ti)組織，在(zai)強(qiang)磁場(chang)中(zhong)部(bu)產生磁感(gan)應。該鋼(gang)的冷(leng)拉坯(pi)料退火溫度為970℃，水(shui)冷(leng)；固溶溫度為1030～1160℃水(shui)冷(leng)，組織為奧(ao)氏體(ti)；時(shi)效溫度800℃保(bao)溫10h，或時(shi)效溫度700℃保(bao)溫20h，組織為奧(ao)氏體(ti)＋碳化(hua)物。時(shi)效后強(qiang)度和其他力學性(xing)(xing)能(neng)(neng)均有所提高，但(dan)硬度仍然較低（＜200HBW），為保(bao)證其耐磨性(xing)(xing)，一(yi)般還(huan)需進行滲氮(dan)處理(li)。
1Cr18Ni8Ti鋼經固(gu)溶后呈(cheng)單相(xiang)奧氏體組織，因此在(zai)強磁場中(zhong)不(bu)產生感(gan)應，適宜制造無(wu)磁模具和耐(nai)蝕性的塑(su)料(liao)模具。
5. 結束語
不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)種(zhong)類(lei)較多，有奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)、奧氏(shi)體＋鐵(tie)素體（雙相）型不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)、鐵(tie)素體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)、馬氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)、沉淀硬化型不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)，其共(gong)同特點是不(bu)銹(xiu)耐(nai)蝕。各(ge)類(lei)模(mo)具(ju)的(de)服役條件差異(yi)較大，因此各(ge)類(lei)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)選(xuan)擇和(he)應用(yong)需根據模(mo)具(ju)的(de)生產(chan)條件和(he)工作(zuo)環境(jing)的(de)需要，結合(he)(he)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)材(cai)料的(de)基本性(xing)能和(he)相關因素，選(xuan)擇符合(he)(he)模(mo)具(ju)性(xing)能要求，經(jing)濟上合(he)(he)理、技(ji)術上先進的(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)材(cai)料，從而提(ti)高產(chan)品的(de)質(zhi)量和(he)模(mo)具(ju)的(de)使用(yong)水平。
