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(shi)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. 中碳高(gao)鉻耐蝕馬氏(shi)體不銹(xiu)鋼
這類鋼(gang)(gang)要求(qiu)硬度(du)在50~55HRC。典型的(de)(de)(de)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)為4Cr13,該鋼(gang)(gang)為中碳馬氏體不銹(xiu)鋼(gang)(gang),熱(re)處理(li)后(hou)具(ju)(ju)(ju)有(you)較(jiao)高的(de)(de)(de)硬度(du)和耐磨性,且抗大氣和水(shui)蒸氣腐蝕(shi),可(ke)用(yong)(yong)于(yu)制造要求(qiu)一定耐蝕(shi)性的(de)(de)(de)塑(su)料模(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)。該鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)淬(cui)火(huo)(huo)溫度(du)一般選(xuan)擇1050℃,淬(cui)透(tou)性好。對于(yu)小型塑(su)料模(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju),淬(cui)火(huo)(huo)時可(ke)用(yong)(yong)空氣冷卻,以減(jian)少模(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)熱(re)處理(li)變(bian)形;而對于(yu)尺寸較(jiao)大的(de)(de)(de)模(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)可(ke)采(cai)用(yong)(yong)油淬(cui),淬(cui)火(huo)(huo)后(hou)的(de)(de)(de)模(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)一般采(cai)用(yong)(yong)200～300℃回火(huo)(huo)，回火(huo)(huo)后(hou)硬度(du)為50～53HRC。適宜制造承受(shou)高負荷、高耐磨及腐蝕(shi)介質作用(yong)(yong)下(xia)的(de)(de)(de)塑(su)料模(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)。
b. 高碳高鉻型不銹鋼
對于要求較(jiao)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)硬(ying)度(du)、較(jiao)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)耐磨(mo)性的(de)耐蝕塑(su)料模具(ju)可選(xuan)擇高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)碳(tan)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)鉻(ge)型不銹鋼，如9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo和 Cr14MoV 等。以Cr14MoV鋼為(wei)例(li)，其w(C)=1.0%~1.11.15％，該鋼具(ju)有(you)較(jiao)好的(de)淬透性，淬火溫度(du)一(yi)般選(xuan)擇為(wei)1100～1120℃油冷，硬(ying)度(du)≥58HRC，回(hui)(hui)火溫度(du)為(wei)500℃，保溫2h，回(hui)(hui)火4次，其硬(ying)度(du)≥60HRC。該鋼具(ju)有(you)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)硬(ying)度(du)、高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)耐磨(mo)性和良好的(de)耐蝕性，高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫硬(ying)度(du)也較(jiao)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)，適(shi)宜制造在(zai)腐蝕介質作用下承受高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)負荷、高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)耐磨(mo)的(de)塑(su)料模具(ju)。
c. 低(di)碳鉻鎳(nie)型耐(nai)蝕不(bu)銹鋼
1Cr17Ni2鋼(gang)(gang)屬于(yu)馬氏體型(xing)不銹耐酸(suan)鋼(gang)(gang)，對于(yu)氧(yang)化酸(suan)類(lei)（一定(ding)溫度(du)、濃度(du)的(de)(de)硝酸(suan)，大部分的(de)(de)有機酸(suan)）以及鹽類(lei)的(de)(de)水溶液(ye)有良好的(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)；該(gai)(gai)鋼(gang)(gang)有較高的(de)(de)強度(du)和適宜(yi)的(de)(de)硬度(du)，耐蝕(shi)性(xing)比(bi)4Cr13鋼(gang)(gang)好，因此要(yao)求耐蝕(shi)性(xing)高的(de)(de)塑料模具(ju)，仍然有一部分采(cai)用該(gai)(gai)型(xing)號不銹鋼(gang)(gang)制造。
1Cr17Ni2鋼的(de)(de)淬火(huo)溫度(du)(du)范圍為(wei)(wei)950～1050℃，油冷(leng)。淬火(huo)后(hou)(hou)低溫回火(huo)或高溫回火(huo)均有(you)較(jiao)好的(de)(de)耐蝕性(xing)(xing)，淬火(huo)后(hou)(hou)經200～300℃回火(huo)，鋼的(de)(de)硬度(du)(du)為(wei)(wei)38～40HRC，如通過冷(leng)處理，可使(shi)奧氏(shi)體繼續轉變(bian)為(wei)(wei)馬氏(shi)體，硬度(du)(du)可提(ti)高到42～48HRC。基體組(zu)織為(wei)(wei)回火(huo)索(suo)氏(shi)體，具(ju)有(you)較(jiao)好的(de)(de)強度(du)(du)和韌(ren)度(du)(du)配合，而且也有(you)較(jiao)高的(de)(de)耐蝕性(xing)(xing)。該類鋼還(huan)可以通過滲(shen)氮處理，提(ti)高耐磨(mo)性(xing)(xing)、抗咬合能力和模具(ju)的(de)(de)使(shi)用壽命。
1Cr17Ni2 鋼(gang)主(zhu)要(yao)用于耐腐蝕、高精度的(de)塑(su)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。常用的沉淀硬化不銹鋼有：0Cr17Ni14Cu4Nb、0Cr17NiAl、0Cr15Ni17Mo4Al、0Cr12Ni4Mn5Mo3Al、1Cr14Co13Mo5V等。
例如(ru)，0Cr17Ni14Cu4Nb鋼(gang)是一種馬(ma)氏體(ti)(ti)沉淀硬化不(bu)(bu)銹鋼(gang)，因碳含量低(di)，耐蝕性(xing)優于馬(ma)氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)，而(er)接近奧(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)。該(gai)鋼(gang)熱(re)處理(li)工(gong)藝簡(jian)單(dan)，固溶溫度(du)(du)為1040℃，水冷，熱(re)處理(li)后可獲(huo)(huo)得(de)單(dan)一板條狀馬(ma)氏體(ti)(ti)，硬度(du)(du)為32～34HRC，具(ju)(ju)有(you)良好的(de)切削加(jia)工(gong)性(xing)能(neng)，便于模(mo)具(ju)(ju)的(de)加(jia)工(gong)成形(xing)，經460～480℃時(shi)效后，模(mo)具(ju)(ju)的(de)硬度(du)(du)可達到40HRC，由于溫度(du)(du)較(jiao)低(di)模(mo)具(ju)(ju)變形(xing)較(jiao)小(xiao)，硬度(du)(du)和強度(du)(du)皆有(you)所(suo)提高，同時(shi)獲(huo)(huo)得(de)綜合的(de)力學性(xing)能(neng)。該(gai)類鋼(gang)制模(mo)具(ju)(ju)可采用離子滲氮表面處理(li)，表面硬度(du)(du)可達900HV以上(shang)，大大延長了模(mo)具(ju)(ju)的(de)使用壽命。
沉淀硬(ying)化型不銹(xiu)鋼主要(yao)用于制造耐腐蝕(shi)、高(gao)精度的塑料模具。
3. 奧氏體不銹鋼(gang)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)屬于鉻鎳系奧氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)。該(gai)鋼(gang)在650℃以下(xia)有(you)良(liang)好的力學性能；在600～800℃時(shi)，易因強烈的時(shi)效而強化；在800℃以下(xia)耐(nai)熱不(bu)起皮；在900℃以下(xia)耐(nai)氣體腐蝕能力高。該(gai)鋼(gang)熱處(chu)理工藝為(wei)：固溶溫度1000～1100℃，水冷，組織為(wei)奧氏(shi)體；時(shi)效處(chu)理溫度為(wei)750℃，空冷，組織為(wei)奧氏(shi)體。
4Cr14Ni14W2Mo鋼抗氧化性好，可以(yi)(yi)用于鈦(tai)合金(jin)蠕變成(cheng)形模、強腐蝕性的玻璃(li)成(cheng)形模以(yi)(yi)及壓鑄用型(xing)芯等熱作(zuo)模具。
4. 奧氏(shi)體(ti)不銹鋼在無磁模具中(zhong)的應用
為了(le)適應磁性(xing)制(zhi)品(pin)的(de)生(sheng)產，人們(men)用無磁模具鋼制(zhi)造無磁冷作模具和塑料模具，這(zhe)種模具在(zai)(zai)強磁場中(zhong)不(bu)會(hui)被磁化(hua)，保證了(le)磁性(xing)制(zhi)品(pin)在(zai)(zai)生(sheng)產過程中(zhong)即(ji)使被磁化(hua)，仍然(ran)容(rong)易脫(tuo)模，從而(er)有效地(di)保證了(le)生(sheng)產的(de)正常進行。
無磁(ci)模(mo)具(ju)鋼(gang)(gang)包括奧氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)和(he)高錳系奧氏(shi)體(ti)(ti)鋼(gang)(gang)。1Cr18Ni8Ti鋼(gang)(gang)屬于奧氏(shi)體(ti)(ti)型不銹(xiu)鋼(gang)(gang)，具(ju)有較(jiao)高的抗(kang)晶間(jian)腐蝕性(xing)能，在各種狀態下都能保持穩定的奧氏(shi)體(ti)(ti)組織(zhi)，在強(qiang)磁(ci)場中部產生磁(ci)感應。該鋼(gang)(gang)的冷拉坯(pi)料退火溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)為970℃，水(shui)冷；固溶溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)為1030～1160℃水(shui)冷，組織(zhi)為奧氏(shi)體(ti)(ti)；時效(xiao)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)800℃保溫(wen)(wen)10h，或(huo)時效(xiao)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)700℃保溫(wen)(wen)20h，組織(zhi)為奧氏(shi)體(ti)(ti)＋碳化物。時效(xiao)后強(qiang)度(du)(du)(du)和(he)其(qi)他力學性(xing)能均有所提高，但硬度(du)(du)(du)仍然較(jiao)低（＜200HBW），為保證其(qi)耐磨性(xing)，一(yi)般(ban)還需進行滲(shen)氮處理。
1Cr18Ni8Ti鋼經固溶后(hou)呈單相奧氏體組織，因此在強磁場中不產(chan)生感(gan)應(ying)，適宜(yi)制造(zao)無磁模具和(he)耐蝕性的塑料模具。
5. 結束語
不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)種類(lei)較多，有奧氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)、奧氏體(ti)＋鐵素體(ti)（雙(shuang)相）型(xing)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)、鐵素體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)、馬氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)、沉淀(dian)硬(ying)化型(xing)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)，其共同特點(dian)是(shi)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)耐蝕。各類(lei)模具的(de)服役條件差異較大，因(yin)此(ci)各類(lei)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)選擇和(he)應(ying)用(yong)需(xu)根據模具的(de)生產條件和(he)工作環境的(de)需(xu)要，結合(he)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)材料(liao)的(de)基本性能和(he)相關因(yin)素，選擇符合(he)模具性能要求，經濟上(shang)合(he)理、技術(shu)上(shang)先進的(de)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)材料(liao)，從而提(ti)高產品的(de)質(zhi)量和(he)模具的(de)使用(yong)水(shui)平(ping)。
