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(ma)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)高鉻耐蝕馬氏體不銹鋼(gang)
這類鋼(gang)要求(qiu)硬度(du)在50~55HRC。典型的(de)(de)不銹(xiu)鋼(gang)為(wei)4Cr13,該(gai)鋼(gang)為(wei)中碳馬氏體不銹(xiu)鋼(gang),熱(re)處理后具(ju)有(you)較高(gao)的(de)(de)硬度(du)和耐磨性(xing),且(qie)抗(kang)大(da)氣和水蒸(zheng)氣腐(fu)(fu)蝕,可(ke)用(yong)于(yu)制造(zao)要求(qiu)一定耐蝕性(xing)的(de)(de)塑料(liao)(liao)模(mo)具(ju)。該(gai)鋼(gang)的(de)(de)淬火(huo)溫度(du)一般(ban)(ban)選擇1050℃,淬透性(xing)好。對于(yu)小型塑料(liao)(liao)模(mo)具(ju),淬火(huo)時可(ke)用(yong)空(kong)氣冷卻,以減少(shao)模(mo)具(ju)的(de)(de)熱(re)處理變形;而對于(yu)尺寸較大(da)的(de)(de)模(mo)具(ju)可(ke)采(cai)用(yong)油(you)淬,淬火(huo)后的(de)(de)模(mo)具(ju)一般(ban)(ban)采(cai)用(yong)200～300℃回火(huo)，回火(huo)后硬度(du)為(wei)50～53HRC。適宜制造(zao)承受(shou)高(gao)負(fu)荷、高(gao)耐磨及腐(fu)(fu)蝕介質作用(yong)下的(de)(de)塑料(liao)(liao)模(mo)具(ju)。
b. 高(gao)(gao)碳高(gao)(gao)鉻型不銹(xiu)鋼(gang)
對于(yu)要求較(jiao)高(gao)(gao)(gao)(gao)硬(ying)度(du)(du)(du)(du)、較(jiao)高(gao)(gao)(gao)(gao)耐磨性(xing)(xing)的耐蝕塑料模(mo)具可選(xuan)擇(ze)(ze)高(gao)(gao)(gao)(gao)碳高(gao)(gao)(gao)(gao)鉻型不(bu)銹鋼，如9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo和(he) Cr14MoV 等。以Cr14MoV鋼為例，其w(C)=1.0%~1.11.15％，該鋼具有較(jiao)好的淬透性(xing)(xing)，淬火(huo)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)一般(ban)選(xuan)擇(ze)(ze)為1100～1120℃油冷，硬(ying)度(du)(du)(du)(du)≥58HRC，回(hui)火(huo)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)為500℃，保(bao)溫(wen)2h，回(hui)火(huo)4次，其硬(ying)度(du)(du)(du)(du)≥60HRC。該鋼具有高(gao)(gao)(gao)(gao)硬(ying)度(du)(du)(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)(gao)耐磨性(xing)(xing)和(he)良(liang)好的耐蝕性(xing)(xing)，高(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)硬(ying)度(du)(du)(du)(du)也較(jiao)高(gao)(gao)(gao)(gao)，適(shi)宜制(zhi)造(zao)在(zai)腐(fu)蝕介(jie)質作用(yong)下承受高(gao)(gao)(gao)(gao)負荷、高(gao)(gao)(gao)(gao)耐磨的塑料模(mo)具。
c. 低碳鉻鎳型耐蝕不銹鋼(gang)
1Cr17Ni2鋼(gang)屬于(yu)馬氏體型(xing)不銹耐(nai)(nai)酸(suan)(suan)鋼(gang)，對于(yu)氧化(hua)酸(suan)(suan)類(lei)（一(yi)定溫度、濃(nong)度的(de)(de)(de)硝酸(suan)(suan)，大部分的(de)(de)(de)有(you)(you)機酸(suan)(suan)）以及鹽類(lei)的(de)(de)(de)水溶(rong)液有(you)(you)良好的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕性；該鋼(gang)有(you)(you)較高(gao)的(de)(de)(de)強(qiang)度和適宜的(de)(de)(de)硬度，耐(nai)(nai)蝕性比4Cr13鋼(gang)好，因(yin)此(ci)要求耐(nai)(nai)蝕性高(gao)的(de)(de)(de)塑料(liao)模具，仍(reng)然(ran)有(you)(you)一(yi)部分采用該型(xing)號(hao)不銹鋼(gang)制(zhi)造。
1Cr17Ni2鋼的(de)(de)淬(cui)(cui)火(huo)溫度(du)范(fan)圍(wei)為(wei)950～1050℃，油冷。淬(cui)(cui)火(huo)后低(di)溫回火(huo)或高溫回火(huo)均有(you)(you)較(jiao)好的(de)(de)耐(nai)蝕性(xing)，淬(cui)(cui)火(huo)后經200～300℃回火(huo)，鋼的(de)(de)硬度(du)為(wei)38～40HRC，如(ru)通(tong)過冷處理，可使(shi)奧氏體(ti)繼續(xu)轉(zhuan)變(bian)為(wei)馬氏體(ti)，硬度(du)可提(ti)高到42～48HRC。基體(ti)組織為(wei)回火(huo)索氏體(ti)，具有(you)(you)較(jiao)好的(de)(de)強度(du)和韌度(du)配合(he)，而且也有(you)(you)較(jiao)高的(de)(de)耐(nai)蝕性(xing)。該(gai)類鋼還可以通(tong)過滲氮處理，提(ti)高耐(nai)磨性(xing)、抗(kang)咬合(he)能力和模具的(de)(de)使(shi)用壽命。
1Cr17Ni2 鋼(gang)主要用于(yu)耐腐蝕、高精度的塑料模具。
2. 沉淀硬(ying)化型不銹(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(bu)銹鋼有：0Cr17Ni14Cu4Nb、0Cr17NiAl、0Cr15Ni17Mo4Al、0Cr12Ni4Mn5Mo3Al、1Cr14Co13Mo5V等。
例如，0Cr17Ni14Cu4Nb鋼(gang)(gang)是一(yi)(yi)種馬氏(shi)體(ti)沉淀硬(ying)(ying)化(hua)不銹鋼(gang)(gang)，因碳含量(liang)低，耐蝕(shi)性優(you)于馬氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)(gang)，而接近(jin)奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)(gang)。該(gai)鋼(gang)(gang)熱(re)處(chu)理(li)工(gong)藝簡(jian)單(dan)(dan)，固溶溫(wen)度為(wei)1040℃，水冷，熱(re)處(chu)理(li)后可(ke)(ke)獲得(de)單(dan)(dan)一(yi)(yi)板條狀馬氏(shi)體(ti)，硬(ying)(ying)度為(wei)32～34HRC，具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)切削(xue)加工(gong)性能，便于模具(ju)的(de)加工(gong)成形，經460～480℃時效(xiao)后，模具(ju)的(de)硬(ying)(ying)度可(ke)(ke)達到40HRC，由于溫(wen)度較低模具(ju)變形較小，硬(ying)(ying)度和強(qiang)度皆(jie)有(you)所提高，同時獲得(de)綜合的(de)力學(xue)性能。該(gai)類鋼(gang)(gang)制模具(ju)可(ke)(ke)采用離子(zi)滲氮表面處(chu)理(li)，表面硬(ying)(ying)度可(ke)(ke)達900HV以上，大大延(yan)長了(le)模具(ju)的(de)使用壽(shou)命。
沉(chen)淀硬(ying)化(hua)型不(bu)銹鋼主要用于制(zhi)造(zao)耐腐蝕(shi)、高精度(du)的塑(su)料模具(ju)。
3. 奧(ao)氏體不銹鋼在(zai)熱作模具上的(de)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鋼屬(shu)于(yu)鉻鎳系(xi)奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼。該(gai)鋼在(zai)(zai)650℃以下(xia)有良好的力學性能；在(zai)(zai)600～800℃時(shi)，易因強烈的時(shi)效而強化；在(zai)(zai)800℃以下(xia)耐熱不(bu)(bu)起皮；在(zai)(zai)900℃以下(xia)耐氣體(ti)腐蝕能力高(gao)。該(gai)鋼熱處(chu)理工藝(yi)為(wei)：固溶溫(wen)度(du)1000～1100℃，水冷，組織(zhi)為(wei)奧(ao)氏(shi)體(ti)；時(shi)效處(chu)理溫(wen)度(du)為(wei)750℃，空(kong)冷，組織(zhi)為(wei)奧(ao)氏(shi)體(ti)。
4Cr14Ni14W2Mo鋼抗氧化性好，可以用于鈦合金蠕變成形模(mo)、強腐蝕性的玻璃成形模(mo)以及壓鑄用型芯等熱(re)作模(mo)具。
4. 奧氏體不銹鋼在無磁模(mo)具中的應用(yong)
為了(le)適應磁性制品的(de)生產(chan)，人們用(yong)無磁模(mo)具(ju)鋼制造(zao)無磁冷作模(mo)具(ju)和塑料模(mo)具(ju)，這種模(mo)具(ju)在強(qiang)磁場(chang)中(zhong)(zhong)不(bu)會(hui)被磁化，保(bao)證(zheng)了(le)磁性制品在生產(chan)過程中(zhong)(zhong)即(ji)使被磁化，仍然容(rong)易脫模(mo)，從而有(you)效地(di)保(bao)證(zheng)了(le)生產(chan)的(de)正常進行。
無磁模具鋼(gang)(gang)(gang)(gang)包(bao)括奧(ao)(ao)氏體不銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)和高錳系奧(ao)(ao)氏體鋼(gang)(gang)(gang)(gang)。1Cr18Ni8Ti鋼(gang)(gang)(gang)(gang)屬于奧(ao)(ao)氏體型不銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)，具有(you)較高的(de)抗晶間腐蝕性能(neng)，在(zai)各種狀態(tai)下都能(neng)保(bao)持(chi)穩(wen)定的(de)奧(ao)(ao)氏體組(zu)織，在(zai)強(qiang)磁場(chang)中部產生(sheng)磁感應(ying)。該(gai)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)冷(leng)拉坯料退火溫(wen)(wen)度(du)(du)為970℃，水冷(leng)；固(gu)溶(rong)溫(wen)(wen)度(du)(du)為1030～1160℃水冷(leng)，組(zu)織為奧(ao)(ao)氏體；時效(xiao)溫(wen)(wen)度(du)(du)800℃保(bao)溫(wen)(wen)10h，或(huo)時效(xiao)溫(wen)(wen)度(du)(du)700℃保(bao)溫(wen)(wen)20h，組(zu)織為奧(ao)(ao)氏體＋碳(tan)化(hua)物(wu)。時效(xiao)后強(qiang)度(du)(du)和其他力(li)學性能(neng)均(jun)有(you)所提高，但硬度(du)(du)仍(reng)然較低（＜200HBW），為保(bao)證其耐磨性，一般還需(xu)進行滲氮處理。
1Cr18Ni8Ti鋼經固溶后(hou)呈單相(xiang)奧氏體組織，因此在強磁場中不產生感應，適(shi)宜制造無磁模具(ju)和耐蝕(shi)性的塑料模具(ju)。
5. 結束語
不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)種類(lei)較多(duo)，有奧(ao)(ao)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)、奧(ao)(ao)氏體(ti)＋鐵(tie)素(su)(su)體(ti)（雙(shuang)相(xiang)）型(xing)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)、鐵(tie)素(su)(su)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(hua)型(xing)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)，其(qi)共同特點是不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)耐蝕。各(ge)類(lei)模具的(de)(de)服(fu)役條件差異較大，因(yin)(yin)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(sheng)產條件和工作環境的(de)(de)需要，結(jie)合不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)材(cai)(cai)料的(de)(de)基本(ben)性(xing)能(neng)和相(xiang)關因(yin)(yin)素(su)(su)，選擇(ze)符合模具性(xing)能(neng)要求(qiu)，經濟上合理、技(ji)術上先進的(de)(de)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)材(cai)(cai)料，從而提高產品的(de)(de)質(zhi)量(liang)和模具的(de)(de)使用(yong)水平。
