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(ti)不(bu)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(zhong)碳高(gao)鉻耐蝕馬氏體不銹鋼
這類鋼(gang)要求(qiu)硬(ying)度在50~55HRC。典型的(de)(de)不(bu)銹鋼(gang)為4Cr13,該鋼(gang)為中(zhong)碳馬氏體不(bu)銹鋼(gang),熱(re)處(chu)理后具(ju)(ju)有(you)較高(gao)的(de)(de)硬(ying)度和(he)耐磨性(xing),且抗大(da)氣(qi)和(he)水(shui)蒸氣(qi)腐(fu)蝕,可用(yong)(yong)于(yu)制造要求(qiu)一(yi)定耐蝕性(xing)的(de)(de)塑(su)料(liao)模(mo)具(ju)(ju)。該鋼(gang)的(de)(de)淬(cui)火(huo)溫度一(yi)般選擇1050℃,淬(cui)透(tou)性(xing)好(hao)。對于(yu)小型塑(su)料(liao)模(mo)具(ju)(ju),淬(cui)火(huo)時可用(yong)(yong)空氣(qi)冷卻,以減少模(mo)具(ju)(ju)的(de)(de)熱(re)處(chu)理變形;而對于(yu)尺(chi)寸較大(da)的(de)(de)模(mo)具(ju)(ju)可采用(yong)(yong)油淬(cui),淬(cui)火(huo)后的(de)(de)模(mo)具(ju)(ju)一(yi)般采用(yong)(yong)200～300℃回火(huo)，回火(huo)后硬(ying)度為50～53HRC。適宜制造承受高(gao)負(fu)荷(he)、高(gao)耐磨及腐(fu)蝕介質作用(yong)(yong)下的(de)(de)塑(su)料(liao)模(mo)具(ju)(ju)。
b. 高碳高鉻(ge)型不銹鋼
對于要(yao)求較(jiao)高(gao)硬(ying)度(du)(du)、較(jiao)高(gao)耐磨性(xing)的耐蝕塑(su)料模具(ju)可(ke)選擇高(gao)碳高(gao)鉻(ge)型(xing)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)，如9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo和 Cr14MoV 等。以Cr14MoV鋼(gang)為例，其w(C)=1.0%~1.11.15％，該鋼(gang)具(ju)有較(jiao)好的淬(cui)透(tou)性(xing)，淬(cui)火(huo)溫度(du)(du)一般選擇為1100～1120℃油冷，硬(ying)度(du)(du)≥58HRC，回火(huo)溫度(du)(du)為500℃，保溫2h，回火(huo)4次，其硬(ying)度(du)(du)≥60HRC。該鋼(gang)具(ju)有高(gao)硬(ying)度(du)(du)、高(gao)耐磨性(xing)和良好的耐蝕性(xing)，高(gao)溫硬(ying)度(du)(du)也較(jiao)高(gao)，適宜(yi)制造在腐蝕介質作(zuo)用下承受高(gao)負荷、高(gao)耐磨的塑(su)料模具(ju)。
c. 低碳鉻鎳型耐蝕不銹(xiu)鋼
1Cr17Ni2鋼(gang)屬于馬氏體型不銹耐酸鋼(gang)，對(dui)于氧化(hua)酸類（一(yi)定溫度、濃(nong)度的(de)(de)硝酸，大部(bu)分的(de)(de)有(you)機酸）以及(ji)鹽類的(de)(de)水溶(rong)液有(you)良好(hao)的(de)(de)耐蝕性；該鋼(gang)有(you)較高的(de)(de)強(qiang)度和(he)適宜的(de)(de)硬度，耐蝕性比4Cr13鋼(gang)好(hao)，因此要求耐蝕性高的(de)(de)塑(su)料模(mo)具(ju)，仍然有(you)一(yi)部(bu)分采用該型號不銹鋼(gang)制造。
1Cr17Ni2鋼(gang)的(de)(de)淬火(huo)溫(wen)度(du)范圍為(wei)950～1050℃，油冷。淬火(huo)后低溫(wen)回(hui)(hui)火(huo)或高溫(wen)回(hui)(hui)火(huo)均有較好的(de)(de)耐蝕性，淬火(huo)后經200～300℃回(hui)(hui)火(huo)，鋼(gang)的(de)(de)硬(ying)度(du)為(wei)38～40HRC，如通(tong)過(guo)冷處(chu)理，可使奧(ao)氏體繼(ji)續轉變為(wei)馬氏體，硬(ying)度(du)可提高到42～48HRC。基體組織為(wei)回(hui)(hui)火(huo)索氏體，具(ju)有較好的(de)(de)強度(du)和(he)韌(ren)度(du)配合，而且(qie)也有較高的(de)(de)耐蝕性。該類鋼(gang)還可以(yi)通(tong)過(guo)滲氮處(chu)理，提高耐磨性、抗咬合能力和(he)模具(ju)的(de)(de)使用壽命(ming)。
1Cr17Ni2 鋼主要用于耐腐(fu)蝕、高精(jing)度的(de)塑料(liao)模具。
2. 沉淀(dian)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(hua)不銹鋼有：0Cr17Ni14Cu4Nb、0Cr17NiAl、0Cr15Ni17Mo4Al、0Cr12Ni4Mn5Mo3Al、1Cr14Co13Mo5V等。
例(li)如，0Cr17Ni14Cu4Nb鋼(gang)(gang)(gang)是一(yi)種馬氏(shi)體沉淀硬化不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)，因(yin)碳含(han)量低，耐蝕性優于(yu)馬氏(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)，而接近奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)。該鋼(gang)(gang)(gang)熱處理(li)工(gong)(gong)藝簡單，固溶溫度(du)(du)(du)為1040℃，水冷，熱處理(li)后可(ke)(ke)獲得(de)單一(yi)板條狀馬氏(shi)體，硬度(du)(du)(du)為32～34HRC，具(ju)(ju)有(you)良好(hao)的(de)(de)切(qie)削加(jia)工(gong)(gong)性能，便于(yu)模(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)的(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)成形(xing)，經460～480℃時(shi)效后，模(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)的(de)(de)硬度(du)(du)(du)可(ke)(ke)達(da)(da)到(dao)40HRC，由于(yu)溫度(du)(du)(du)較低模(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)變形(xing)較小，硬度(du)(du)(du)和強度(du)(du)(du)皆有(you)所(suo)提高，同時(shi)獲得(de)綜合的(de)(de)力學性能。該類鋼(gang)(gang)(gang)制模(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)可(ke)(ke)采用離(li)子滲氮表面處理(li)，表面硬度(du)(du)(du)可(ke)(ke)達(da)(da)900HV以上(shang)，大大延長了(le)模(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)(ju)的(de)(de)使用壽命。
沉淀(dian)硬(ying)化型不銹鋼(gang)主要用于制造耐腐蝕、高精(jing)度的塑料(liao)模(mo)具。
3. 奧(ao)氏體(ti)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鋼屬于鉻鎳系奧氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼。該鋼在(zai)650℃以(yi)下有(you)良好的(de)力學性能；在(zai)600～800℃時，易因強烈(lie)的(de)時效而強化；在(zai)800℃以(yi)下耐熱(re)不(bu)起皮；在(zai)900℃以(yi)下耐氣體(ti)(ti)腐蝕(shi)能力高。該鋼熱(re)處(chu)理工藝為：固(gu)溶溫度1000～1100℃，水冷(leng)，組織(zhi)為奧氏體(ti)(ti)；時效處(chu)理溫度為750℃，空冷(leng)，組織(zhi)為奧氏體(ti)(ti)。
4Cr14Ni14W2Mo鋼抗(kang)氧(yang)化性好，可以用(yong)(yong)于鈦合金蠕變成形模、強腐蝕性的玻璃成形模以及壓鑄用(yong)(yong)型芯等熱(re)作模具(ju)。
4. 奧氏體不銹鋼在無磁(ci)模具中(zhong)的應用(yong)
為(wei)了(le)適應磁(ci)(ci)(ci)性制品(pin)的生(sheng)產(chan)(chan)，人們用(yong)無磁(ci)(ci)(ci)模具(ju)鋼制造無磁(ci)(ci)(ci)冷作模具(ju)和塑料模具(ju)，這種模具(ju)在(zai)強磁(ci)(ci)(ci)場中不會被磁(ci)(ci)(ci)化，保證了(le)磁(ci)(ci)(ci)性制品(pin)在(zai)生(sheng)產(chan)(chan)過程中即使被磁(ci)(ci)(ci)化，仍然(ran)容易脫模，從而有效地保證了(le)生(sheng)產(chan)(chan)的正常進(jin)行。
無磁(ci)模(mo)具鋼(gang)(gang)包(bao)括(kuo)奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)和(he)高(gao)錳(meng)系奧(ao)氏體(ti)鋼(gang)(gang)。1Cr18Ni8Ti鋼(gang)(gang)屬于奧(ao)氏體(ti)型不銹(xiu)鋼(gang)(gang)，具有較高(gao)的(de)(de)抗(kang)晶間腐蝕性(xing)能，在各種狀(zhuang)態下都能保(bao)(bao)持穩(wen)定的(de)(de)奧(ao)氏體(ti)組織，在強磁(ci)場中部(bu)產生磁(ci)感(gan)應。該鋼(gang)(gang)的(de)(de)冷(leng)(leng)拉坯料(liao)退火溫度(du)為970℃，水冷(leng)(leng)；固(gu)溶溫度(du)為1030～1160℃水冷(leng)(leng)，組織為奧(ao)氏體(ti)；時(shi)效(xiao)溫度(du)800℃保(bao)(bao)溫10h，或時(shi)效(xiao)溫度(du)700℃保(bao)(bao)溫20h，組織為奧(ao)氏體(ti)＋碳化物。時(shi)效(xiao)后強度(du)和(he)其(qi)他力(li)學性(xing)能均有所(suo)提(ti)高(gao)，但硬度(du)仍然較低（＜200HBW），為保(bao)(bao)證其(qi)耐磨性(xing)，一般還需(xu)進行滲(shen)氮處理。
1Cr18Ni8Ti鋼經(jing)固溶(rong)后呈單相奧氏體組織(zhi)，因此在強磁場中(zhong)不產生感應，適宜(yi)制造無磁模具和耐(nai)蝕性的塑料模具。
5. 結束語
不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)種類較多，有(you)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)、奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)＋鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)（雙相(xiang)）型不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)、鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)、馬氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)、沉淀硬化型不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)，其共同特(te)點是不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)耐蝕(shi)。各類模(mo)具(ju)的(de)(de)服役條件差異較大，因此各類不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)選擇和應用(yong)(yong)需根據模(mo)具(ju)的(de)(de)生產條件和工(gong)作(zuo)環境(jing)的(de)(de)需要，結合不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)材(cai)料(liao)的(de)(de)基(ji)本(ben)性能和相(xiang)關因素(su)，選擇符合模(mo)具(ju)性能要求，經濟上合理、技術(shu)上先進的(de)(de)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)材(cai)料(liao)，從而提高產品(pin)的(de)(de)質(zhi)量和模(mo)具(ju)的(de)(de)使用(yong)(yong)水平。
