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(gang)
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. 中碳高鉻耐蝕馬氏(shi)體不銹鋼
這類(lei)鋼(gang)要求硬(ying)度(du)(du)在(zai)50~55HRC。典型(xing)的(de)不銹鋼(gang)為(wei)4Cr13,該(gai)鋼(gang)為(wei)中碳馬氏(shi)體不銹鋼(gang),熱(re)處(chu)理(li)后(hou)具(ju)(ju)有較(jiao)高(gao)(gao)的(de)硬(ying)度(du)(du)和耐磨性(xing),且抗(kang)大氣和水蒸氣腐蝕(shi),可用(yong)(yong)于制造(zao)要求一(yi)(yi)定耐蝕(shi)性(xing)的(de)塑(su)料模(mo)(mo)具(ju)(ju)。該(gai)鋼(gang)的(de)淬火(huo)溫(wen)度(du)(du)一(yi)(yi)般(ban)選擇1050℃,淬透性(xing)好(hao)。對于小型(xing)塑(su)料模(mo)(mo)具(ju)(ju),淬火(huo)時可用(yong)(yong)空氣冷(leng)卻,以減少模(mo)(mo)具(ju)(ju)的(de)熱(re)處(chu)理(li)變形;而(er)對于尺寸較(jiao)大的(de)模(mo)(mo)具(ju)(ju)可采用(yong)(yong)油淬,淬火(huo)后(hou)的(de)模(mo)(mo)具(ju)(ju)一(yi)(yi)般(ban)采用(yong)(yong)200～300℃回火(huo)，回火(huo)后(hou)硬(ying)度(du)(du)為(wei)50～53HRC。適(shi)宜制造(zao)承受高(gao)(gao)負荷、高(gao)(gao)耐磨及(ji)腐蝕(shi)介質(zhi)作用(yong)(yong)下的(de)塑(su)料模(mo)(mo)具(ju)(ju)。
b. 高碳高鉻型(xing)不(bu)銹鋼
對于(yu)要求(qiu)較高(gao)(gao)硬度(du)(du)、較高(gao)(gao)耐(nai)(nai)(nai)磨性(xing)的耐(nai)(nai)(nai)蝕塑料(liao)模(mo)具(ju)可選擇(ze)高(gao)(gao)碳高(gao)(gao)鉻型不銹鋼(gang)(gang)，如9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo和 Cr14MoV 等(deng)。以Cr14MoV鋼(gang)(gang)為(wei)(wei)例，其w(C)=1.0%~1.11.15％，該(gai)鋼(gang)(gang)具(ju)有較好(hao)的淬透(tou)性(xing)，淬火(huo)溫度(du)(du)一(yi)般選擇(ze)為(wei)(wei)1100～1120℃油冷(leng)，硬度(du)(du)≥58HRC，回火(huo)溫度(du)(du)為(wei)(wei)500℃，保溫2h，回火(huo)4次(ci)，其硬度(du)(du)≥60HRC。該(gai)鋼(gang)(gang)具(ju)有高(gao)(gao)硬度(du)(du)、高(gao)(gao)耐(nai)(nai)(nai)磨性(xing)和良好(hao)的耐(nai)(nai)(nai)蝕性(xing)，高(gao)(gao)溫硬度(du)(du)也(ye)較高(gao)(gao)，適宜制造在腐(fu)蝕介質(zhi)作(zuo)用下承受高(gao)(gao)負荷、高(gao)(gao)耐(nai)(nai)(nai)磨的塑料(liao)模(mo)具(ju)。
c. 低碳(tan)鉻(ge)鎳型(xing)耐蝕不銹(xiu)鋼
1Cr17Ni2鋼屬(shu)于(yu)馬氏體(ti)型不(bu)銹耐(nai)酸(suan)鋼，對于(yu)氧(yang)化酸(suan)類（一定(ding)溫度(du)、濃度(du)的(de)硝酸(suan)，大部(bu)分的(de)有機酸(suan)）以及鹽類的(de)水溶液有良好的(de)耐(nai)蝕性；該(gai)鋼有較高(gao)的(de)強度(du)和適宜的(de)硬(ying)度(du)，耐(nai)蝕性比4Cr13鋼好，因此(ci)要求(qiu)耐(nai)蝕性高(gao)的(de)塑料模具，仍(reng)然有一部(bu)分采用該(gai)型號不(bu)銹鋼制造。
1Cr17Ni2鋼(gang)的(de)淬火(huo)(huo)(huo)(huo)溫(wen)度(du)(du)范圍為950～1050℃，油冷。淬火(huo)(huo)(huo)(huo)后低溫(wen)回(hui)(hui)火(huo)(huo)(huo)(huo)或高溫(wen)回(hui)(hui)火(huo)(huo)(huo)(huo)均有較好的(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)，淬火(huo)(huo)(huo)(huo)后經200～300℃回(hui)(hui)火(huo)(huo)(huo)(huo)，鋼(gang)的(de)硬度(du)(du)為38～40HRC，如(ru)通過(guo)冷處理，可使奧氏(shi)體繼續轉變為馬(ma)氏(shi)體，硬度(du)(du)可提(ti)高到42～48HRC。基體組織為回(hui)(hui)火(huo)(huo)(huo)(huo)索氏(shi)體，具(ju)有較好的(de)強度(du)(du)和韌(ren)度(du)(du)配合，而且也(ye)有較高的(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)。該類鋼(gang)還可以(yi)通過(guo)滲氮處理，提(ti)高耐(nai)磨性(xing)、抗咬合能力和模(mo)具(ju)的(de)使用壽命。
1Cr17Ni2 鋼主要(yao)用于耐腐蝕、高(gao)精(jing)度(du)的塑料模(mo)具。
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。常用的沉淀硬化(hua)不銹鋼有：0Cr17Ni14Cu4Nb、0Cr17NiAl、0Cr15Ni17Mo4Al、0Cr12Ni4Mn5Mo3Al、1Cr14Co13Mo5V等。
例(li)如，0Cr17Ni14Cu4Nb鋼是一(yi)(yi)種馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)沉淀硬化不(bu)銹鋼，因碳含量低(di)，耐蝕(shi)性優于(yu)馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹鋼，而(er)接近(jin)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹鋼。該鋼熱處理工(gong)藝簡單(dan)，固溶(rong)溫度(du)(du)為1040℃，水冷(leng)，熱處理后可(ke)獲得單(dan)一(yi)(yi)板(ban)條(tiao)狀馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)，硬度(du)(du)為32～34HRC，具(ju)有良好的(de)(de)切削加工(gong)性能，便于(yu)模(mo)(mo)(mo)具(ju)的(de)(de)加工(gong)成形，經(jing)460～480℃時效(xiao)后，模(mo)(mo)(mo)具(ju)的(de)(de)硬度(du)(du)可(ke)達(da)到40HRC，由于(yu)溫度(du)(du)較低(di)模(mo)(mo)(mo)具(ju)變形較小，硬度(du)(du)和強度(du)(du)皆有所提(ti)高，同時獲得綜(zong)合(he)的(de)(de)力(li)學(xue)性能。該類鋼制模(mo)(mo)(mo)具(ju)可(ke)采(cai)用(yong)離子滲氮表面(mian)處理，表面(mian)硬度(du)(du)可(ke)達(da)900HV以上，大大延長了模(mo)(mo)(mo)具(ju)的(de)(de)使用(yong)壽(shou)命。
沉淀硬化型不銹鋼(gang)主(zhu)要用于制造耐腐(fu)蝕、高精(jing)度的(de)塑料模具。
3. 奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)在熱(re)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(ao)(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)。該(gai)鋼(gang)在(zai)(zai)650℃以下有良好的(de)力學性(xing)能；在(zai)(zai)600～800℃時(shi)，易因強(qiang)烈的(de)時(shi)效而強(qiang)化；在(zai)(zai)800℃以下耐(nai)熱不(bu)起皮；在(zai)(zai)900℃以下耐(nai)氣體(ti)腐蝕能力高(gao)。該(gai)鋼(gang)熱處(chu)(chu)理(li)工(gong)藝為：固溶溫度(du)(du)1000～1100℃，水冷，組織為奧(ao)(ao)氏體(ti)；時(shi)效處(chu)(chu)理(li)溫度(du)(du)為750℃，空冷，組織為奧(ao)(ao)氏體(ti)。
4Cr14Ni14W2Mo鋼抗氧化性好(hao)，可以用于鈦合金(jin)蠕變(bian)成形模、強(qiang)腐蝕性的玻(bo)璃成形模以及(ji)壓鑄用型(xing)芯等熱作模具(ju)。
4. 奧氏體不銹鋼在無(wu)磁模具中的應用(yong)
為了適(shi)應磁(ci)(ci)(ci)性(xing)(xing)制(zhi)品的生(sheng)產(chan)(chan)，人們(men)用無(wu)磁(ci)(ci)(ci)模具鋼(gang)制(zhi)造(zao)無(wu)磁(ci)(ci)(ci)冷作模具和(he)塑料模具，這種(zhong)模具在(zai)強(qiang)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)中不(bu)會(hui)被磁(ci)(ci)(ci)化(hua)，保證(zheng)了磁(ci)(ci)(ci)性(xing)(xing)制(zhi)品在(zai)生(sheng)產(chan)(chan)過程(cheng)中即使被磁(ci)(ci)(ci)化(hua)，仍然(ran)容易(yi)脫模，從(cong)而有效地(di)保證(zheng)了生(sheng)產(chan)(chan)的正常進行。
無磁模具鋼包括(kuo)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹鋼和(he)高(gao)錳系奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)鋼。1Cr18Ni8Ti鋼屬于奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)型不(bu)銹鋼，具有較(jiao)高(gao)的抗晶(jing)間腐(fu)蝕性能，在(zai)各種狀態下都能保(bao)(bao)持穩(wen)定的奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)組(zu)織(zhi)(zhi)，在(zai)強磁場中部產生(sheng)磁感應。該鋼的冷拉坯料退火溫(wen)度為(wei)(wei)970℃，水(shui)冷；固溶溫(wen)度為(wei)(wei)1030～1160℃水(shui)冷，組(zu)織(zhi)(zhi)為(wei)(wei)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)；時(shi)效(xiao)溫(wen)度800℃保(bao)(bao)溫(wen)10h，或時(shi)效(xiao)溫(wen)度700℃保(bao)(bao)溫(wen)20h，組(zu)織(zhi)(zhi)為(wei)(wei)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)＋碳化物(wu)。時(shi)效(xiao)后強度和(he)其(qi)他(ta)力學性能均有所提高(gao)，但硬度仍然較(jiao)低(di)（＜200HBW），為(wei)(wei)保(bao)(bao)證其(qi)耐(nai)磨性，一般還需進行滲氮處理。
1Cr18Ni8Ti鋼經固溶后(hou)呈單相奧氏(shi)體組織，因此在強磁(ci)場(chang)中不產(chan)生感應，適宜制造無磁(ci)模(mo)具和耐蝕(shi)性(xing)的塑(su)料(liao)模(mo)具。
5. 結束語
不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)種類較多，有奧氏體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)、奧氏體＋鐵(tie)素(su)體（雙相(xiang)(xiang)）型不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)、鐵(tie)素(su)體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)、馬(ma)氏體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)、沉淀硬化型不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)，其共同特點是不銹(xiu)(xiu)耐蝕。各類模具(ju)的(de)服役條(tiao)件差(cha)異較大，因此(ci)各類不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)選(xuan)擇和(he)應用需根(gen)據模具(ju)的(de)生產條(tiao)件和(he)工作環(huan)境的(de)需要，結合不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)材料(liao)的(de)基本(ben)性(xing)能(neng)和(he)相(xiang)(xiang)關因素(su)，選(xuan)擇符合模具(ju)性(xing)能(neng)要求(qiu)，經濟(ji)上(shang)合理、技術(shu)上(shang)先進的(de)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)材料(liao)，從而提高產品(pin)的(de)質量和(he)模具(ju)的(de)使用水平(ping)。
