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(bu)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. 中碳高鉻耐蝕馬氏體不銹鋼
這類鋼(gang)要(yao)求(qiu)硬(ying)(ying)度在50~55HRC。典型的(de)(de)(de)(de)不銹鋼(gang)為4Cr13,該鋼(gang)為中碳馬氏體不銹鋼(gang),熱(re)處(chu)理后(hou)(hou)具(ju)有較高的(de)(de)(de)(de)硬(ying)(ying)度和耐(nai)磨性(xing)(xing),且抗大氣(qi)(qi)和水蒸(zheng)氣(qi)(qi)腐(fu)蝕,可用于(yu)制造要(yao)求(qiu)一定耐(nai)蝕性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)塑料模(mo)具(ju)。該鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)淬(cui)(cui)火(huo)溫度一般(ban)選擇1050℃,淬(cui)(cui)透性(xing)(xing)好(hao)。對(dui)于(yu)小(xiao)型塑料模(mo)具(ju),淬(cui)(cui)火(huo)時(shi)可用空(kong)氣(qi)(qi)冷卻(que),以(yi)減少模(mo)具(ju)的(de)(de)(de)(de)熱(re)處(chu)理變形;而對(dui)于(yu)尺(chi)寸較大的(de)(de)(de)(de)模(mo)具(ju)可采用油淬(cui)(cui),淬(cui)(cui)火(huo)后(hou)(hou)的(de)(de)(de)(de)模(mo)具(ju)一般(ban)采用200～300℃回火(huo)，回火(huo)后(hou)(hou)硬(ying)(ying)度為50～53HRC。適宜(yi)制造承受(shou)高負荷、高耐(nai)磨及(ji)腐(fu)蝕介(jie)質(zhi)作用下的(de)(de)(de)(de)塑料模(mo)具(ju)。
b. 高碳高鉻型不銹鋼
對于要求較(jiao)(jiao)高硬度(du)、較(jiao)(jiao)高耐磨(mo)性的耐蝕(shi)塑(su)料模具可選(xuan)擇高碳高鉻型不銹鋼，如(ru)9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo和(he) Cr14MoV 等(deng)。以Cr14MoV鋼為例，其w(C)=1.0%~1.11.15％，該鋼具有(you)較(jiao)(jiao)好的淬(cui)透性，淬(cui)火(huo)溫度(du)一般選(xuan)擇為1100～1120℃油冷(leng)，硬度(du)≥58HRC，回(hui)火(huo)溫度(du)為500℃，保溫2h，回(hui)火(huo)4次，其硬度(du)≥60HRC。該鋼具有(you)高硬度(du)、高耐磨(mo)性和(he)良好的耐蝕(shi)性，高溫硬度(du)也較(jiao)(jiao)高，適宜制造在腐蝕(shi)介質作用下承受高負荷(he)、高耐磨(mo)的塑(su)料模具。
c. 低碳鉻鎳(nie)型耐蝕(shi)不(bu)銹鋼
1Cr17Ni2鋼(gang)屬于馬(ma)氏(shi)體(ti)型不(bu)銹耐(nai)(nai)酸(suan)鋼(gang)，對于氧化酸(suan)類（一定溫度、濃(nong)度的(de)硝酸(suan)，大部分的(de)有機酸(suan)）以及(ji)鹽類的(de)水(shui)溶液有良好(hao)的(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性；該鋼(gang)有較(jiao)高的(de)強度和適宜的(de)硬度，耐(nai)(nai)蝕(shi)性比4Cr13鋼(gang)好(hao)，因此要求耐(nai)(nai)蝕(shi)性高的(de)塑料模具，仍(reng)然有一部分采用該型號(hao)不(bu)銹鋼(gang)制造(zao)。
1Cr17Ni2鋼(gang)(gang)的(de)淬(cui)火溫度范圍為950～1050℃，油冷。淬(cui)火后低溫回火或高(gao)溫回火均(jun)有較好的(de)耐蝕性，淬(cui)火后經200～300℃回火，鋼(gang)(gang)的(de)硬度為38～40HRC，如通(tong)過冷處理(li)，可使奧氏(shi)體(ti)繼(ji)續轉變為馬氏(shi)體(ti)，硬度可提高(gao)到42～48HRC。基體(ti)組織為回火索氏(shi)體(ti)，具(ju)有較好的(de)強度和韌度配合，而(er)且也有較高(gao)的(de)耐蝕性。該類鋼(gang)(gang)還可以通(tong)過滲氮(dan)處理(li)，提高(gao)耐磨性、抗咬合能力和模具(ju)的(de)使用壽命。
1Cr17Ni2 鋼主(zhu)要用于耐腐蝕、高精度的塑料模(mo)具(ju)。
2. 沉淀硬(ying)化型不銹(xiu)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，0Cr17Ni14Cu4Nb鋼(gang)是一(yi)種(zhong)馬氏體沉淀(dian)硬(ying)(ying)化不銹(xiu)鋼(gang)，因(yin)碳含量低，耐蝕性(xing)優于(yu)(yu)馬氏體不銹(xiu)鋼(gang)，而接近奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)。該鋼(gang)熱處理工(gong)藝簡單(dan)，固溶溫度為1040℃，水冷，熱處理后可獲得單(dan)一(yi)板條(tiao)狀馬氏體，硬(ying)(ying)度為32～34HRC，具有(you)(you)良好的(de)切(qie)削加工(gong)性(xing)能(neng)(neng)，便(bian)于(yu)(yu)模具的(de)加工(gong)成(cheng)形，經460～480℃時效后，模具的(de)硬(ying)(ying)度可達到(dao)40HRC，由(you)于(yu)(yu)溫度較低模具變形較小，硬(ying)(ying)度和強度皆有(you)(you)所提高(gao)，同時獲得綜合(he)的(de)力(li)學性(xing)能(neng)(neng)。該類(lei)鋼(gang)制模具可采(cai)用離子滲氮(dan)表(biao)面(mian)處理，表(biao)面(mian)硬(ying)(ying)度可達900HV以上，大(da)(da)大(da)(da)延長了模具的(de)使用壽命。
沉淀硬化(hua)型(xing)不銹鋼(gang)主要用于制造耐(nai)腐蝕、高精度的塑(su)料(liao)模具。
3. 奧氏體不銹鋼在(zai)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)(gang)屬于鉻鎳系奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)。該鋼(gang)(gang)在(zai)650℃以下(xia)有良(liang)好的力學性能；在(zai)600～800℃時，易因強(qiang)烈的時效而強(qiang)化；在(zai)800℃以下(xia)耐(nai)熱不(bu)起皮；在(zai)900℃以下(xia)耐(nai)氣體(ti)腐(fu)蝕能力高。該鋼(gang)(gang)熱處理工藝為：固溶溫度1000～1100℃，水冷(leng)，組織(zhi)為奧(ao)氏(shi)體(ti)；時效處理溫度為750℃，空(kong)冷(leng)，組織(zhi)為奧(ao)氏(shi)體(ti)。
4Cr14Ni14W2Mo鋼抗氧化性(xing)好，可以用于鈦合金蠕變成形模、強(qiang)腐蝕(shi)性(xing)的玻璃(li)成形模以及壓(ya)鑄用型芯等熱作模具。
4. 奧(ao)氏體不(bu)銹鋼在無磁模具中的應用
為了(le)適應磁(ci)(ci)性(xing)制(zhi)品的生產(chan)，人們用無(wu)磁(ci)(ci)模(mo)(mo)具鋼制(zhi)造無(wu)磁(ci)(ci)冷作模(mo)(mo)具和塑料模(mo)(mo)具，這種模(mo)(mo)具在強磁(ci)(ci)場中不(bu)會被磁(ci)(ci)化(hua)，保證了(le)磁(ci)(ci)性(xing)制(zhi)品在生產(chan)過程中即使被磁(ci)(ci)化(hua)，仍(reng)然容易脫模(mo)(mo)，從而有效地保證了(le)生產(chan)的正常進行。
無磁(ci)模具鋼(gang)包括(kuo)奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)和高(gao)錳系奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)鋼(gang)。1Cr18Ni8Ti鋼(gang)屬于奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)型不銹(xiu)鋼(gang)，具有較高(gao)的抗晶間腐蝕性(xing)能，在(zai)各種狀態下都能保(bao)持穩定的奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)組(zu)織(zhi)(zhi)，在(zai)強磁(ci)場中部產生磁(ci)感應。該鋼(gang)的冷(leng)拉坯(pi)料退火溫(wen)度為970℃，水冷(leng)；固溶溫(wen)度為1030～1160℃水冷(leng)，組(zu)織(zhi)(zhi)為奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)；時(shi)效(xiao)溫(wen)度800℃保(bao)溫(wen)10h，或時(shi)效(xiao)溫(wen)度700℃保(bao)溫(wen)20h，組(zu)織(zhi)(zhi)為奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)＋碳(tan)化(hua)物。時(shi)效(xiao)后強度和其他力學(xue)性(xing)能均(jun)有所提高(gao)，但硬度仍然較低（＜200HBW），為保(bao)證其耐磨性(xing)，一般還需進行滲氮處理。
1Cr18Ni8Ti鋼(gang)經固溶后呈(cheng)單相(xiang)奧氏體組織，因此在強磁場中不產生感(gan)應(ying)，適宜制造(zao)無磁模具和耐蝕性的塑料模具。
5. 結束(shu)語
不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)種類較多，有奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)、奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)＋鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)（雙相）型(xing)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)、鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)、馬氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)、沉淀硬化型(xing)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)，其共同(tong)特點是不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)耐蝕。各類模(mo)(mo)具(ju)的服役條件差異較大，因(yin)此各類不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的選擇和(he)(he)(he)應(ying)用需根(gen)據模(mo)(mo)具(ju)的生產條件和(he)(he)(he)工作環境的需要(yao)，結合(he)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)材料(liao)的基本性能和(he)(he)(he)相關因(yin)素(su)(su)，選擇符合(he)模(mo)(mo)具(ju)性能要(yao)求，經濟上合(he)理、技術上先進的不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)材料(liao)，從而提高產品的質量和(he)(he)(he)模(mo)(mo)具(ju)的使用水平。
