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(xiu)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(ti)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(ma)氏體(ti)不銹鋼
這類鋼要求硬度在(zai)50~55HRC。典(dian)型的(de)(de)(de)不銹鋼為4Cr13,該鋼為中碳馬氏(shi)體不銹鋼,熱處理(li)(li)后(hou)(hou)(hou)具(ju)有較高(gao)的(de)(de)(de)硬度和(he)耐(nai)(nai)磨性(xing),且抗大氣(qi)(qi)和(he)水蒸氣(qi)(qi)腐蝕(shi)(shi),可用(yong)于制造要求一定耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)塑(su)料(liao)模(mo)具(ju)。該鋼的(de)(de)(de)淬(cui)火溫度一般選擇1050℃,淬(cui)透性(xing)好。對(dui)于小型塑(su)料(liao)模(mo)具(ju),淬(cui)火時可用(yong)空氣(qi)(qi)冷卻,以(yi)減少模(mo)具(ju)的(de)(de)(de)熱處理(li)(li)變形(xing);而對(dui)于尺寸(cun)較大的(de)(de)(de)模(mo)具(ju)可采用(yong)油淬(cui),淬(cui)火后(hou)(hou)(hou)的(de)(de)(de)模(mo)具(ju)一般采用(yong)200～300℃回火，回火后(hou)(hou)(hou)硬度為50～53HRC。適宜制造承受高(gao)負荷、高(gao)耐(nai)(nai)磨及(ji)腐蝕(shi)(shi)介質(zhi)作用(yong)下(xia)的(de)(de)(de)塑(su)料(liao)模(mo)具(ju)。
b. 高(gao)碳高(gao)鉻(ge)型不銹鋼
對于(yu)要求較(jiao)(jiao)高(gao)(gao)(gao)(gao)硬度(du)、較(jiao)(jiao)高(gao)(gao)(gao)(gao)耐(nai)磨(mo)性(xing)(xing)的(de)耐(nai)蝕塑(su)料(liao)模(mo)具可選擇高(gao)(gao)(gao)(gao)碳高(gao)(gao)(gao)(gao)鉻(ge)型不(bu)銹鋼，如9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo和 Cr14MoV 等(deng)。以(yi)Cr14MoV鋼為例(li)，其w(C)=1.0%~1.11.15％，該鋼具有(you)較(jiao)(jiao)好(hao)(hao)的(de)淬透(tou)性(xing)(xing)，淬火溫(wen)度(du)一般選擇為1100～1120℃油(you)冷，硬度(du)≥58HRC，回火溫(wen)度(du)為500℃，保(bao)溫(wen)2h，回火4次(ci)，其硬度(du)≥60HRC。該鋼具有(you)高(gao)(gao)(gao)(gao)硬度(du)、高(gao)(gao)(gao)(gao)耐(nai)磨(mo)性(xing)(xing)和良好(hao)(hao)的(de)耐(nai)蝕性(xing)(xing)，高(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)硬度(du)也(ye)較(jiao)(jiao)高(gao)(gao)(gao)(gao)，適(shi)宜制(zhi)造在(zai)腐蝕介質作用下(xia)承受高(gao)(gao)(gao)(gao)負荷(he)、高(gao)(gao)(gao)(gao)耐(nai)磨(mo)的(de)塑(su)料(liao)模(mo)具。
c. 低碳鉻鎳型耐蝕(shi)不銹鋼
1Cr17Ni2鋼屬于馬氏體(ti)型不銹耐(nai)酸(suan)(suan)鋼，對于氧化酸(suan)(suan)類（一定溫度(du)(du)、濃度(du)(du)的(de)(de)硝酸(suan)(suan)，大部(bu)分(fen)的(de)(de)有(you)機酸(suan)(suan)）以及鹽類的(de)(de)水溶液有(you)良好(hao)的(de)(de)耐(nai)蝕性；該(gai)(gai)鋼有(you)較(jiao)高的(de)(de)強度(du)(du)和適(shi)宜的(de)(de)硬度(du)(du)，耐(nai)蝕性比4Cr13鋼好(hao)，因此要求耐(nai)蝕性高的(de)(de)塑料模具，仍然有(you)一部(bu)分(fen)采用該(gai)(gai)型號不銹鋼制造。
1Cr17Ni2鋼的(de)(de)(de)(de)淬火(huo)溫度(du)范圍為(wei)950～1050℃，油(you)冷。淬火(huo)后低溫回(hui)火(huo)或高(gao)溫回(hui)火(huo)均(jun)有(you)較好的(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性，淬火(huo)后經200～300℃回(hui)火(huo)，鋼的(de)(de)(de)(de)硬度(du)為(wei)38～40HRC，如通(tong)過(guo)冷處理，可使奧氏體(ti)繼續轉變為(wei)馬氏體(ti)，硬度(du)可提高(gao)到42～48HRC。基體(ti)組織(zhi)為(wei)回(hui)火(huo)索(suo)氏體(ti)，具有(you)較好的(de)(de)(de)(de)強度(du)和(he)韌度(du)配合(he)(he)，而且也有(you)較高(gao)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性。該類鋼還可以通(tong)過(guo)滲(shen)氮處理，提高(gao)耐(nai)磨性、抗咬合(he)(he)能(neng)力(li)和(he)模具的(de)(de)(de)(de)使用壽命(ming)。
1Cr17Ni2 鋼(gang)主要用(yong)于耐腐(fu)蝕、高精度的(de)塑料模具。
2. 沉淀(dian)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(ying)化不銹鋼(gang)有：0Cr17Ni14Cu4Nb、0Cr17NiAl、0Cr15Ni17Mo4Al、0Cr12Ni4Mn5Mo3Al、1Cr14Co13Mo5V等。
例如，0Cr17Ni14Cu4Nb鋼(gang)(gang)(gang)是一(yi)種馬氏體(ti)沉淀硬化不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)，因碳含量低，耐蝕(shi)性(xing)優于(yu)(yu)馬氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)，而接近奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)。該鋼(gang)(gang)(gang)熱(re)處(chu)理工藝簡單，固溶溫度為1040℃，水(shui)冷，熱(re)處(chu)理后可獲(huo)得單一(yi)板(ban)條狀馬氏體(ti)，硬度為32～34HRC，具(ju)(ju)有(you)良好的切(qie)削加工性(xing)能，便于(yu)(yu)模具(ju)(ju)的加工成形(xing)，經460～480℃時(shi)(shi)效(xiao)后，模具(ju)(ju)的硬度可達到40HRC，由于(yu)(yu)溫度較(jiao)低模具(ju)(ju)變形(xing)較(jiao)小(xiao)，硬度和強度皆有(you)所提高(gao)，同時(shi)(shi)獲(huo)得綜合的力學性(xing)能。該類鋼(gang)(gang)(gang)制模具(ju)(ju)可采用(yong)離子滲氮表面處(chu)理，表面硬度可達900HV以(yi)上，大(da)大(da)延長了模具(ju)(ju)的使用(yong)壽(shou)命。
沉淀硬化(hua)型不(bu)銹鋼主(zhu)要(yao)用于制(zhi)造(zao)耐腐(fu)蝕、高精度的塑料(liao)模具。
3. 奧氏體(ti)不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(ti)不銹(xiu)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(ge)鎳系奧氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)。該(gai)鋼(gang)在(zai)650℃以下有良好的(de)力(li)學(xue)性(xing)能；在(zai)600～800℃時(shi)(shi)，易因強(qiang)(qiang)烈的(de)時(shi)(shi)效而(er)強(qiang)(qiang)化；在(zai)800℃以下耐(nai)熱(re)不起皮；在(zai)900℃以下耐(nai)氣(qi)體(ti)(ti)腐蝕能力(li)高。該(gai)鋼(gang)熱(re)處(chu)理工藝為：固(gu)溶溫度1000～1100℃，水(shui)冷，組織為奧氏體(ti)(ti)；時(shi)(shi)效處(chu)理溫度為750℃，空冷，組織為奧氏體(ti)(ti)。
4Cr14Ni14W2Mo鋼抗氧化性好，可(ke)以(yi)用于鈦(tai)合金蠕變成形模、強腐(fu)蝕性的玻璃成形模以(yi)及壓(ya)鑄用型芯等熱作模具。
4. 奧氏(shi)體不銹鋼在無(wu)磁模具(ju)中的(de)應用
為了(le)適應磁性制品(pin)的(de)生(sheng)產，人們用無磁模(mo)具鋼制造無磁冷作(zuo)模(mo)具和塑料模(mo)具，這種模(mo)具在強(qiang)磁場(chang)中不會被(bei)磁化(hua)，保(bao)證(zheng)了(le)磁性制品(pin)在生(sheng)產過程中即使被(bei)磁化(hua)，仍然容易脫模(mo)，從(cong)而(er)有效地保(bao)證(zheng)了(le)生(sheng)產的(de)正常進行。
無磁模具(ju)鋼(gang)(gang)包括(kuo)奧(ao)(ao)氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)和高(gao)(gao)錳系奧(ao)(ao)氏體鋼(gang)(gang)。1Cr18Ni8Ti鋼(gang)(gang)屬(shu)于奧(ao)(ao)氏體型不(bu)銹鋼(gang)(gang)，具(ju)有較高(gao)(gao)的抗(kang)晶(jing)間腐蝕性(xing)能，在各種狀態下都能保持(chi)穩(wen)定的奧(ao)(ao)氏體組織(zhi)，在強磁場(chang)中部產生磁感(gan)應。該鋼(gang)(gang)的冷拉(la)坯料(liao)退火溫(wen)度(du)(du)為970℃，水冷；固(gu)溶溫(wen)度(du)(du)為1030～1160℃水冷，組織(zhi)為奧(ao)(ao)氏體；時(shi)(shi)效溫(wen)度(du)(du)800℃保溫(wen)10h，或時(shi)(shi)效溫(wen)度(du)(du)700℃保溫(wen)20h，組織(zhi)為奧(ao)(ao)氏體＋碳化物。時(shi)(shi)效后(hou)強度(du)(du)和其他力學性(xing)能均有所提高(gao)(gao)，但硬度(du)(du)仍然較低（＜200HBW），為保證其耐(nai)磨性(xing)，一(yi)般還需(xu)進行滲(shen)氮處理。
1Cr18Ni8Ti鋼經固溶后呈單相奧(ao)氏體組織，因此在強磁(ci)(ci)場(chang)中(zhong)不產生感應(ying)，適宜制造無磁(ci)(ci)模具(ju)和耐蝕性的(de)塑料模具(ju)。
5. 結(jie)束語
不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)種類(lei)較多(duo)，有奧氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)、奧氏(shi)體(ti)＋鐵(tie)素(su)體(ti)（雙相）型不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)、鐵(tie)素(su)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)、馬氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)、沉淀硬化(hua)型不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)，其共同特點是不(bu)(bu)銹(xiu)耐蝕。各類(lei)模具(ju)(ju)的(de)(de)服(fu)役條件差異較大，因(yin)此各類(lei)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)選(xuan)擇(ze)和應用(yong)需根據模具(ju)(ju)的(de)(de)生產條件和工作環境(jing)的(de)(de)需要，結合不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)材(cai)料的(de)(de)基本性能(neng)和相關因(yin)素(su)，選(xuan)擇(ze)符合模具(ju)(ju)性能(neng)要求，經濟上合理、技術上先進(jin)的(de)(de)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)材(cai)料，從而提高產品的(de)(de)質量和模具(ju)(ju)的(de)(de)使用(yong)水平。
