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(xiu)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(shi)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(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. 中碳高鉻耐蝕馬氏體不銹鋼(gang)
這類鋼(gang)要(yao)(yao)求(qiu)硬(ying)度在(zai)50~55HRC。典型(xing)的(de)不(bu)銹鋼(gang)為(wei)4Cr13,該鋼(gang)為(wei)中碳馬氏體不(bu)銹鋼(gang),熱處理(li)后(hou)具(ju)(ju)有較(jiao)高的(de)硬(ying)度和(he)耐磨性(xing),且抗大(da)氣和(he)水(shui)蒸氣腐蝕(shi)(shi),可用于(yu)制造要(yao)(yao)求(qiu)一定(ding)耐蝕(shi)(shi)性(xing)的(de)塑料模(mo)具(ju)(ju)。該鋼(gang)的(de)淬火溫度一般(ban)選擇1050℃,淬透性(xing)好。對于(yu)小型(xing)塑料模(mo)具(ju)(ju),淬火時可用空氣冷(leng)卻,以減少(shao)模(mo)具(ju)(ju)的(de)熱處理(li)變(bian)形;而對于(yu)尺寸較(jiao)大(da)的(de)模(mo)具(ju)(ju)可采用油(you)淬,淬火后(hou)的(de)模(mo)具(ju)(ju)一般(ban)采用200～300℃回(hui)火，回(hui)火后(hou)硬(ying)度為(wei)50～53HRC。適宜(yi)制造承受高負(fu)荷、高耐磨及腐蝕(shi)(shi)介(jie)質作用下的(de)塑料模(mo)具(ju)(ju)。
b. 高(gao)(gao)碳高(gao)(gao)鉻型不銹鋼
對于要求(qiu)較(jiao)(jiao)(jiao)高(gao)(gao)硬(ying)(ying)度(du)、較(jiao)(jiao)(jiao)高(gao)(gao)耐磨(mo)性(xing)(xing)的耐蝕塑料模具(ju)可(ke)選擇(ze)高(gao)(gao)碳高(gao)(gao)鉻型不銹鋼(gang)(gang)(gang)，如9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo和 Cr14MoV 等。以(yi)Cr14MoV鋼(gang)(gang)(gang)為(wei)例(li)，其(qi)w(C)=1.0%~1.11.15％，該鋼(gang)(gang)(gang)具(ju)有較(jiao)(jiao)(jiao)好的淬(cui)(cui)透性(xing)(xing)，淬(cui)(cui)火溫(wen)度(du)一般選擇(ze)為(wei)1100～1120℃油(you)冷，硬(ying)(ying)度(du)≥58HRC，回(hui)火溫(wen)度(du)為(wei)500℃，保溫(wen)2h，回(hui)火4次，其(qi)硬(ying)(ying)度(du)≥60HRC。該鋼(gang)(gang)(gang)具(ju)有高(gao)(gao)硬(ying)(ying)度(du)、高(gao)(gao)耐磨(mo)性(xing)(xing)和良好的耐蝕性(xing)(xing)，高(gao)(gao)溫(wen)硬(ying)(ying)度(du)也(ye)較(jiao)(jiao)(jiao)高(gao)(gao)，適宜制造(zao)在腐蝕介質作(zuo)用(yong)下承受高(gao)(gao)負荷、高(gao)(gao)耐磨(mo)的塑料模具(ju)。
c. 低碳鉻鎳型耐蝕不銹鋼
1Cr17Ni2鋼屬(shu)于馬氏(shi)體型不銹耐酸(suan)鋼，對(dui)于氧化酸(suan)類（一定溫度、濃度的(de)硝酸(suan)，大部分(fen)的(de)有(you)機酸(suan)）以及(ji)鹽(yan)類的(de)水溶液有(you)良好(hao)的(de)耐蝕性；該(gai)鋼有(you)較高的(de)強度和適(shi)宜的(de)硬(ying)度，耐蝕性比4Cr13鋼好(hao)，因(yin)此要求耐蝕性高的(de)塑(su)料模具，仍然有(you)一部分(fen)采用該(gai)型號不銹鋼制造(zao)。
1Cr17Ni2鋼(gang)的(de)淬(cui)火(huo)溫度(du)范圍為(wei)(wei)950～1050℃，油冷(leng)。淬(cui)火(huo)后低溫回火(huo)或高(gao)溫回火(huo)均有(you)較好的(de)耐(nai)(nai)蝕性(xing)，淬(cui)火(huo)后經200～300℃回火(huo)，鋼(gang)的(de)硬(ying)度(du)為(wei)(wei)38～40HRC，如通(tong)過(guo)(guo)冷(leng)處理，可使(shi)奧氏體繼續(xu)轉變為(wei)(wei)馬氏體，硬(ying)度(du)可提高(gao)到42～48HRC。基(ji)體組織(zhi)為(wei)(wei)回火(huo)索氏體，具(ju)(ju)有(you)較好的(de)強度(du)和韌度(du)配合，而且也有(you)較高(gao)的(de)耐(nai)(nai)蝕性(xing)。該(gai)類鋼(gang)還可以(yi)通(tong)過(guo)(guo)滲氮(dan)處理，提高(gao)耐(nai)(nai)磨(mo)性(xing)、抗咬合能力和模具(ju)(ju)的(de)使(shi)用壽命。
1Cr17Ni2 鋼主要用(yong)于耐(nai)腐蝕、高精度的(de)塑料模具。
2. 沉淀硬化型(xing)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。常用的沉淀硬化(hua)不銹鋼有：0Cr17Ni14Cu4Nb、0Cr17NiAl、0Cr15Ni17Mo4Al、0Cr12Ni4Mn5Mo3Al、1Cr14Co13Mo5V等。
例如，0Cr17Ni14Cu4Nb鋼(gang)是一(yi)種馬氏(shi)體(ti)沉淀硬(ying)化不銹鋼(gang)，因碳含量(liang)低，耐蝕性優于(yu)馬氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)，而接近奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)。該鋼(gang)熱(re)處(chu)(chu)理(li)工(gong)藝簡單，固(gu)溶溫度(du)為1040℃，水(shui)冷，熱(re)處(chu)(chu)理(li)后(hou)可獲得單一(yi)板條狀馬氏(shi)體(ti)，硬(ying)度(du)為32～34HRC，具(ju)有(you)良好的(de)(de)切削加工(gong)性能(neng)，便于(yu)模具(ju)的(de)(de)加工(gong)成形，經(jing)460～480℃時效后(hou)，模具(ju)的(de)(de)硬(ying)度(du)可達到40HRC，由于(yu)溫度(du)較(jiao)(jiao)低模具(ju)變形較(jiao)(jiao)小，硬(ying)度(du)和強(qiang)度(du)皆有(you)所提高，同時獲得綜(zong)合的(de)(de)力學性能(neng)。該類鋼(gang)制(zhi)模具(ju)可采用(yong)離子滲氮表(biao)面(mian)處(chu)(chu)理(li)，表(biao)面(mian)硬(ying)度(du)可達900HV以(yi)上，大大延長了模具(ju)的(de)(de)使(shi)用(yong)壽命(ming)。
沉淀(dian)硬化型不銹鋼主要(yao)用(yong)于制造(zao)耐腐蝕、高(gao)精(jing)度的塑料(liao)模具。
3. 奧氏體不銹鋼在熱作模(mo)具上(shang)的(de)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(ti)不(bu)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鋼屬于鉻鎳(nie)系奧(ao)氏體(ti)(ti)不銹鋼。該鋼在650℃以(yi)下(xia)有良好的(de)力(li)學性能；在600～800℃時，易因強烈的(de)時效(xiao)而強化；在800℃以(yi)下(xia)耐(nai)熱(re)不起皮；在900℃以(yi)下(xia)耐(nai)氣體(ti)(ti)腐蝕能力(li)高。該鋼熱(re)處理工藝為(wei)：固(gu)溶溫度1000～1100℃，水冷，組織為(wei)奧(ao)氏體(ti)(ti)；時效(xiao)處理溫度為(wei)750℃，空冷，組織為(wei)奧(ao)氏體(ti)(ti)。
4Cr14Ni14W2Mo鋼抗氧化性好(hao)，可以用(yong)于鈦合金蠕變(bian)成形(xing)模(mo)、強腐蝕性的玻璃(li)成形(xing)模(mo)以及(ji)壓鑄用(yong)型芯等熱(re)作模(mo)具。
4. 奧氏體不銹鋼在無磁模具中(zhong)的應用
為了適(shi)應磁(ci)(ci)性制品(pin)(pin)的生產，人們用(yong)無磁(ci)(ci)模具(ju)(ju)鋼制造無磁(ci)(ci)冷作(zuo)模具(ju)(ju)和塑料模具(ju)(ju)，這(zhe)種模具(ju)(ju)在(zai)強磁(ci)(ci)場中不會(hui)被(bei)磁(ci)(ci)化，保證了磁(ci)(ci)性制品(pin)(pin)在(zai)生產過(guo)程中即(ji)使被(bei)磁(ci)(ci)化，仍(reng)然容易(yi)脫模，從而有效地(di)保證了生產的正常進(jin)行。
無磁(ci)模具(ju)鋼(gang)(gang)包(bao)括奧氏(shi)(shi)體不銹鋼(gang)(gang)和高錳系奧氏(shi)(shi)體鋼(gang)(gang)。1Cr18Ni8Ti鋼(gang)(gang)屬(shu)于(yu)奧氏(shi)(shi)體型不銹鋼(gang)(gang)，具(ju)有(you)較高的(de)抗晶間腐蝕性(xing)能，在各種狀態(tai)下都能保(bao)(bao)持穩定(ding)的(de)奧氏(shi)(shi)體組織(zhi)，在強磁(ci)場(chang)中(zhong)部產生(sheng)磁(ci)感應。該鋼(gang)(gang)的(de)冷拉坯料退(tui)火(huo)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)為(wei)(wei)970℃，水冷；固溶溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)為(wei)(wei)1030～1160℃水冷，組織(zhi)為(wei)(wei)奧氏(shi)(shi)體；時(shi)效溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)800℃保(bao)(bao)溫(wen)(wen)10h，或時(shi)效溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)700℃保(bao)(bao)溫(wen)(wen)20h，組織(zhi)為(wei)(wei)奧氏(shi)(shi)體＋碳(tan)化物。時(shi)效后強度(du)(du)(du)和其他力學性(xing)能均有(you)所(suo)提高，但硬度(du)(du)(du)仍然(ran)較低（＜200HBW），為(wei)(wei)保(bao)(bao)證其耐磨性(xing)，一般(ban)還需(xu)進行滲氮處理(li)。
1Cr18Ni8Ti鋼經固溶后呈單相奧(ao)氏體組織，因此在(zai)強磁(ci)(ci)場中不產生感應，適(shi)宜(yi)制(zhi)造無磁(ci)(ci)模具和耐蝕性(xing)的塑料模具。
5. 結束語
不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)種類較(jiao)多，有奧氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)、奧氏體(ti)＋鐵素體(ti)（雙相(xiang)）型(xing)(xing)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)、鐵素體(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)、馬氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)、沉淀硬化型(xing)(xing)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)，其共同特點是不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)耐蝕。各類模具的服役(yi)條(tiao)件差異較(jiao)大，因(yin)(yin)此各類不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的選擇和應用需根據模具的生產條(tiao)件和工作環境的需要，結合不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)材料的基本性能和相(xiang)關因(yin)(yin)素，選擇符合模具性能要求(qiu)，經濟上合理、技術上先進的不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)材料，從而提高產品的質量(liang)和模具的使用水平。
