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(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)鉻耐蝕(shi)馬氏體不銹鋼
這類鋼(gang)要(yao)求(qiu)硬度(du)在50~55HRC。典型的(de)(de)不銹鋼(gang)為(wei)4Cr13,該鋼(gang)為(wei)中碳馬氏體不銹鋼(gang),熱處(chu)理(li)(li)后具(ju)有較(jiao)高(gao)(gao)的(de)(de)硬度(du)和耐磨性,且抗大氣和水(shui)蒸氣腐(fu)蝕,可用于制造要(yao)求(qiu)一定(ding)耐蝕性的(de)(de)塑料模(mo)具(ju)。該鋼(gang)的(de)(de)淬(cui)火(huo)溫(wen)度(du)一般選擇1050℃,淬(cui)透性好。對(dui)于小型塑料模(mo)具(ju),淬(cui)火(huo)時可用空氣冷(leng)卻,以減少模(mo)具(ju)的(de)(de)熱處(chu)理(li)(li)變形;而對(dui)于尺寸較(jiao)大的(de)(de)模(mo)具(ju)可采(cai)用油淬(cui),淬(cui)火(huo)后的(de)(de)模(mo)具(ju)一般采(cai)用200～300℃回火(huo)，回火(huo)后硬度(du)為(wei)50～53HRC。適宜(yi)制造承受高(gao)(gao)負荷、高(gao)(gao)耐磨及腐(fu)蝕介質作(zuo)用下的(de)(de)塑料模(mo)具(ju)。
b. 高(gao)碳(tan)高(gao)鉻型不銹鋼
對于要求較(jiao)高(gao)(gao)(gao)硬(ying)(ying)度(du)(du)、較(jiao)高(gao)(gao)(gao)耐(nai)磨性(xing)的(de)耐(nai)蝕塑(su)料模具可選擇(ze)高(gao)(gao)(gao)碳高(gao)(gao)(gao)鉻型不銹(xiu)鋼(gang)(gang)，如9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo和(he) Cr14MoV 等。以Cr14MoV鋼(gang)(gang)為(wei)(wei)例，其w(C)=1.0%~1.11.15％，該鋼(gang)(gang)具有較(jiao)好的(de)淬(cui)透性(xing)，淬(cui)火(huo)溫(wen)度(du)(du)一(yi)般選擇(ze)為(wei)(wei)1100～1120℃油(you)冷，硬(ying)(ying)度(du)(du)≥58HRC，回火(huo)溫(wen)度(du)(du)為(wei)(wei)500℃，保溫(wen)2h，回火(huo)4次，其硬(ying)(ying)度(du)(du)≥60HRC。該鋼(gang)(gang)具有高(gao)(gao)(gao)硬(ying)(ying)度(du)(du)、高(gao)(gao)(gao)耐(nai)磨性(xing)和(he)良(liang)好的(de)耐(nai)蝕性(xing)，高(gao)(gao)(gao)溫(wen)硬(ying)(ying)度(du)(du)也較(jiao)高(gao)(gao)(gao)，適宜(yi)制造在腐蝕介質作用(yong)下承受(shou)高(gao)(gao)(gao)負(fu)荷、高(gao)(gao)(gao)耐(nai)磨的(de)塑(su)料模具。
c. 低碳(tan)鉻鎳型耐蝕(shi)不銹鋼(gang)
1Cr17Ni2鋼屬于馬氏體型(xing)不銹耐(nai)酸(suan)鋼，對(dui)于氧化(hua)酸(suan)類(lei)（一定溫度(du)(du)、濃度(du)(du)的(de)(de)硝酸(suan)，大部分的(de)(de)有(you)機酸(suan)）以及鹽類(lei)的(de)(de)水溶(rong)液(ye)有(you)良好(hao)的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性；該鋼有(you)較(jiao)高的(de)(de)強度(du)(du)和適宜的(de)(de)硬度(du)(du)，耐(nai)蝕(shi)性比(bi)4Cr13鋼好(hao)，因此要(yao)求耐(nai)蝕(shi)性高的(de)(de)塑料模(mo)具，仍然有(you)一部分采用該型(xing)號不銹鋼制(zhi)造。
1Cr17Ni2鋼的(de)(de)淬(cui)火(huo)(huo)(huo)溫度(du)范圍為950～1050℃，油冷。淬(cui)火(huo)(huo)(huo)后低溫回火(huo)(huo)(huo)或(huo)高(gao)溫回火(huo)(huo)(huo)均有較好(hao)的(de)(de)耐蝕(shi)性，淬(cui)火(huo)(huo)(huo)后經(jing)200～300℃回火(huo)(huo)(huo)，鋼的(de)(de)硬度(du)為38～40HRC，如(ru)通過冷處(chu)理(li)(li)，可使奧氏體(ti)繼(ji)續轉變為馬氏體(ti)，硬度(du)可提高(gao)到42～48HRC。基(ji)體(ti)組織為回火(huo)(huo)(huo)索(suo)氏體(ti)，具有較好(hao)的(de)(de)強(qiang)度(du)和韌度(du)配合，而且也(ye)有較高(gao)的(de)(de)耐蝕(shi)性。該類鋼還(huan)可以(yi)通過滲(shen)氮處(chu)理(li)(li)，提高(gao)耐磨性、抗咬合能力和模具的(de)(de)使用壽命(ming)。
1Cr17Ni2 鋼主要用于耐腐蝕、高精(jing)度(du)的塑料模具(ju)。
2. 沉淀硬化型不(bu)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(dian)硬(ying)化不銹鋼有：0Cr17Ni14Cu4Nb、0Cr17NiAl、0Cr15Ni17Mo4Al、0Cr12Ni4Mn5Mo3Al、1Cr14Co13Mo5V等。
例如(ru)，0Cr17Ni14Cu4Nb鋼(gang)是一種馬(ma)氏(shi)體(ti)沉淀硬(ying)(ying)(ying)(ying)化不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)，因(yin)碳含量低，耐蝕(shi)性優于馬(ma)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)，而(er)接(jie)近奧氏(shi)體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)。該(gai)鋼(gang)熱(re)處理工(gong)藝簡單，固溶溫(wen)度(du)(du)為1040℃，水冷，熱(re)處理后可(ke)獲得單一板條(tiao)狀馬(ma)氏(shi)體(ti)，硬(ying)(ying)(ying)(ying)度(du)(du)為32～34HRC，具(ju)(ju)有(you)良好(hao)的(de)切(qie)削加工(gong)性能，便于模具(ju)(ju)的(de)加工(gong)成形，經460～480℃時(shi)效后，模具(ju)(ju)的(de)硬(ying)(ying)(ying)(ying)度(du)(du)可(ke)達到40HRC，由(you)于溫(wen)度(du)(du)較低模具(ju)(ju)變(bian)形較小(xiao)，硬(ying)(ying)(ying)(ying)度(du)(du)和(he)強度(du)(du)皆有(you)所提(ti)高，同時(shi)獲得綜合的(de)力學性能。該(gai)類鋼(gang)制模具(ju)(ju)可(ke)采(cai)用離子滲氮表面處理，表面硬(ying)(ying)(ying)(ying)度(du)(du)可(ke)達900HV以上，大大延長了模具(ju)(ju)的(de)使用壽命。
沉淀(dian)硬化型不銹(xiu)鋼主要用于制造耐腐蝕、高精度的(de)塑料模具。
3. 奧氏(shi)體不(bu)銹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)(gang)(gang)屬于鉻鎳(nie)系奧氏(shi)體不銹鋼(gang)(gang)(gang)。該鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)650℃以(yi)(yi)下有良好(hao)的力學性能；在(zai)600～800℃時，易因(yin)強(qiang)烈的時效(xiao)(xiao)而強(qiang)化；在(zai)800℃以(yi)(yi)下耐熱(re)不起皮(pi)；在(zai)900℃以(yi)(yi)下耐氣(qi)體腐蝕能力高(gao)。該鋼(gang)(gang)(gang)熱(re)處理工藝為：固溶溫度1000～1100℃，水冷，組織為奧氏(shi)體；時效(xiao)(xiao)處理溫度為750℃，空冷，組織為奧氏(shi)體。
4Cr14Ni14W2Mo鋼抗氧化(hua)性(xing)好，可以(yi)用(yong)于(yu)鈦合金蠕變成形模(mo)、強腐蝕性(xing)的玻(bo)璃成形模(mo)以(yi)及壓(ya)鑄用(yong)型芯等熱(re)作模(mo)具。
4. 奧(ao)氏體(ti)不銹鋼在無磁模具中的應(ying)用(yong)
為了(le)適應磁(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)制品的生(sheng)產，人們用無磁(ci)(ci)(ci)(ci)模(mo)具鋼(gang)制造無磁(ci)(ci)(ci)(ci)冷作模(mo)具和塑(su)料模(mo)具，這(zhe)種模(mo)具在強磁(ci)(ci)(ci)(ci)場中不會(hui)被(bei)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)，保證了(le)磁(ci)(ci)(ci)(ci)性(xing)制品在生(sheng)產過程(cheng)中即使(shi)被(bei)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)，仍然容易脫模(mo)，從而有效地保證了(le)生(sheng)產的正常進行(xing)。
無磁(ci)模具鋼包(bao)括(kuo)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不銹鋼和(he)高(gao)(gao)錳系奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)鋼。1Cr18Ni8Ti鋼屬于奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)型不銹鋼，具有較高(gao)(gao)的抗(kang)晶間腐蝕性(xing)能(neng)，在各種狀態下都能(neng)保持穩(wen)定的奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)組織(zhi)，在強磁(ci)場中部產生磁(ci)感應(ying)。該鋼的冷拉坯料退(tui)火溫(wen)度為(wei)970℃，水冷；固溶溫(wen)度為(wei)1030～1160℃水冷，組織(zhi)為(wei)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)；時效溫(wen)度800℃保溫(wen)10h，或(huo)時效溫(wen)度700℃保溫(wen)20h，組織(zhi)為(wei)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)＋碳化物。時效后強度和(he)其他力學性(xing)能(neng)均有所提高(gao)(gao)，但硬度仍(reng)然較低（＜200HBW），為(wei)保證其耐磨(mo)性(xing)，一般還需進行滲(shen)氮處理。
1Cr18Ni8Ti鋼經固溶(rong)后(hou)呈單(dan)相奧氏體組織，因此在(zai)強(qiang)磁(ci)場中不產生感應，適(shi)宜(yi)制造無(wu)磁(ci)模(mo)具和耐蝕性的塑料(liao)模(mo)具。
5. 結束語(yu)
不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)種(zhong)類較(jiao)多，有(you)奧(ao)(ao)氏體不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)、奧(ao)(ao)氏體＋鐵素體（雙相）型(xing)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)、鐵素體不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)、馬氏體不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)、沉(chen)淀硬化型(xing)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)，其共(gong)同特點是不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)耐蝕。各類模(mo)具的(de)(de)服役條件差(cha)異較(jiao)大(da)，因此各類不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)選擇和(he)應用需根據模(mo)具的(de)(de)生產條件和(he)工作環境的(de)(de)需要，結合(he)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)材料(liao)(liao)的(de)(de)基本性(xing)(xing)能和(he)相關因素，選擇符合(he)模(mo)具性(xing)(xing)能要求，經濟上合(he)理、技術上先進的(de)(de)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)材料(liao)(liao)，從而提高產品的(de)(de)質量和(he)模(mo)具的(de)(de)使用水(shui)平。
