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(xiu)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(ma)氏體不(bu)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(gang)
這類(lei)鋼(gang)(gang)要(yao)求硬(ying)度在50~55HRC。典型(xing)的(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)為4Cr13,該鋼(gang)(gang)為中碳馬氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang),熱處理后(hou)具(ju)有較高的(de)硬(ying)度和(he)耐磨(mo)性(xing),且抗(kang)大氣和(he)水蒸氣腐(fu)蝕(shi)(shi),可(ke)用于(yu)制造(zao)(zao)要(yao)求一定耐蝕(shi)(shi)性(xing)的(de)塑料(liao)模(mo)具(ju)。該鋼(gang)(gang)的(de)淬(cui)火溫(wen)度一般選(xuan)擇1050℃,淬(cui)透性(xing)好。對(dui)于(yu)小型(xing)塑料(liao)模(mo)具(ju),淬(cui)火時可(ke)用空(kong)氣冷卻,以減少模(mo)具(ju)的(de)熱處理變形;而(er)對(dui)于(yu)尺寸較大的(de)模(mo)具(ju)可(ke)采用油淬(cui),淬(cui)火后(hou)的(de)模(mo)具(ju)一般采用200～300℃回火，回火后(hou)硬(ying)度為50～53HRC。適宜(yi)制造(zao)(zao)承受(shou)高負荷、高耐磨(mo)及腐(fu)蝕(shi)(shi)介(jie)質作用下的(de)塑料(liao)模(mo)具(ju)。
b. 高碳高鉻(ge)型(xing)不銹鋼
對于要求較(jiao)(jiao)高硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)、較(jiao)(jiao)高耐(nai)磨(mo)性(xing)的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)塑(su)料(liao)模(mo)具可選(xuan)擇(ze)高碳高鉻型(xing)不(bu)銹鋼(gang)(gang)，如9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo和 Cr14MoV 等。以(yi)Cr14MoV鋼(gang)(gang)為(wei)(wei)例，其(qi)w(C)=1.0%~1.11.15％，該鋼(gang)(gang)具有(you)較(jiao)(jiao)好的(de)(de)淬透性(xing)，淬火(huo)溫(wen)度(du)(du)(du)一般選(xuan)擇(ze)為(wei)(wei)1100～1120℃油冷，硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)≥58HRC，回(hui)火(huo)溫(wen)度(du)(du)(du)為(wei)(wei)500℃，保溫(wen)2h，回(hui)火(huo)4次，其(qi)硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)≥60HRC。該鋼(gang)(gang)具有(you)高硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)、高耐(nai)磨(mo)性(xing)和良好的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)，高溫(wen)硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)也較(jiao)(jiao)高，適宜(yi)制造(zao)在(zai)腐蝕(shi)介(jie)質作用下承受高負荷、高耐(nai)磨(mo)的(de)(de)塑(su)料(liao)模(mo)具。
c. 低碳鉻鎳型耐蝕不(bu)銹鋼
1Cr17Ni2鋼屬于馬氏體型不銹耐(nai)酸(suan)(suan)鋼，對于氧化酸(suan)(suan)類（一(yi)定溫度(du)、濃度(du)的(de)(de)硝酸(suan)(suan)，大部分的(de)(de)有(you)機酸(suan)(suan)）以及鹽類的(de)(de)水溶液有(you)良好的(de)(de)耐(nai)蝕性；該(gai)鋼有(you)較(jiao)高(gao)的(de)(de)強度(du)和(he)適宜的(de)(de)硬度(du)，耐(nai)蝕性比4Cr13鋼好，因(yin)此要求(qiu)耐(nai)蝕性高(gao)的(de)(de)塑料模具，仍(reng)然有(you)一(yi)部分采用(yong)該(gai)型號不銹鋼制造。
1Cr17Ni2鋼(gang)的淬火(huo)溫度(du)范圍為950～1050℃，油冷。淬火(huo)后低溫回火(huo)或高(gao)(gao)(gao)溫回火(huo)均有較好的耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)，淬火(huo)后經200～300℃回火(huo)，鋼(gang)的硬度(du)為38～40HRC，如通過(guo)冷處理，可(ke)使奧氏(shi)體(ti)繼續轉變為馬氏(shi)體(ti)，硬度(du)可(ke)提高(gao)(gao)(gao)到42～48HRC。基體(ti)組織為回火(huo)索(suo)氏(shi)體(ti)，具有較好的強(qiang)度(du)和韌度(du)配合，而且也有較高(gao)(gao)(gao)的耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)。該類鋼(gang)還可(ke)以通過(guo)滲氮處理，提高(gao)(gao)(gao)耐(nai)(nai)磨性(xing)、抗咬合能力和模具的使用(yong)壽(shou)命。
1Cr17Ni2 鋼主(zhu)要(yao)用于耐腐蝕、高精(jing)度(du)的(de)塑(su)料模具。
2. 沉淀硬(ying)化型不(bu)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(yi)種馬氏體(ti)(ti)沉(chen)淀硬化不(bu)銹(xiu)鋼(gang)，因碳含量低(di)，耐蝕性優于(yu)馬氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)，而接近奧(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)。該(gai)鋼(gang)熱處理(li)工(gong)藝(yi)簡單，固(gu)溶溫(wen)度(du)(du)(du)為(wei)1040℃，水冷，熱處理(li)后(hou)可獲(huo)得單一(yi)板條狀馬氏體(ti)(ti)，硬度(du)(du)(du)為(wei)32～34HRC，具有(you)良好的切削加(jia)工(gong)性能，便于(yu)模具的加(jia)工(gong)成形(xing)，經460～480℃時效后(hou)，模具的硬度(du)(du)(du)可達(da)(da)到40HRC，由于(yu)溫(wen)度(du)(du)(du)較(jiao)低(di)模具變形(xing)較(jiao)小，硬度(du)(du)(du)和強度(du)(du)(du)皆有(you)所提高，同時獲(huo)得綜(zong)合的力學性能。該(gai)類(lei)鋼(gang)制模具可采用離子滲氮表(biao)面(mian)處理(li)，表(biao)面(mian)硬度(du)(du)(du)可達(da)(da)900HV以上，大大延長了模具的使用壽(shou)命。
沉淀硬化型不銹鋼主要用于(yu)制造耐(nai)腐蝕、高精(jing)度(du)的塑料模具。
3. 奧氏體不(bu)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(ge)鎳系奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)。該鋼(gang)在(zai)650℃以(yi)下有良好(hao)的力學性能(neng)；在(zai)600～800℃時，易因強(qiang)烈的時效而(er)強(qiang)化；在(zai)800℃以(yi)下耐熱不起皮；在(zai)900℃以(yi)下耐氣體(ti)(ti)腐蝕能(neng)力高(gao)。該鋼(gang)熱處理工(gong)藝為：固溶溫度1000～1100℃，水冷，組織為奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)；時效處理溫度為750℃，空冷，組織為奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)。
4Cr14Ni14W2Mo鋼抗(kang)氧化(hua)性(xing)好，可以用(yong)于鈦合金(jin)蠕變成形模(mo)、強腐蝕性(xing)的玻璃成形模(mo)以及壓鑄用(yong)型芯等熱作(zuo)模(mo)具。
4. 奧氏體不(bu)銹鋼在無磁模(mo)具中(zhong)的應(ying)用(yong)
為了適(shi)應磁(ci)(ci)性制品(pin)(pin)的生產(chan)，人們用無磁(ci)(ci)模具(ju)(ju)鋼制造無磁(ci)(ci)冷(leng)作模具(ju)(ju)和塑料模具(ju)(ju)，這種模具(ju)(ju)在強磁(ci)(ci)場中不會(hui)被(bei)磁(ci)(ci)化，保(bao)證了磁(ci)(ci)性制品(pin)(pin)在生產(chan)過程(cheng)中即使(shi)被(bei)磁(ci)(ci)化，仍然(ran)容(rong)易脫(tuo)模，從而(er)有(you)效地保(bao)證了生產(chan)的正(zheng)常進(jin)行。
無(wu)磁(ci)模具鋼(gang)包括奧氏(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)和高錳系奧氏(shi)(shi)體(ti)鋼(gang)。1Cr18Ni8Ti鋼(gang)屬于奧氏(shi)(shi)體(ti)型不銹(xiu)鋼(gang)，具有(you)較高的(de)(de)抗晶間腐蝕性能，在各(ge)種狀(zhuang)態下(xia)都能保(bao)持穩(wen)定的(de)(de)奧氏(shi)(shi)體(ti)組織，在強磁(ci)場中部(bu)產(chan)生(sheng)磁(ci)感應。該(gai)鋼(gang)的(de)(de)冷(leng)拉(la)坯料退火溫(wen)(wen)(wen)度(du)為970℃，水冷(leng)；固溶溫(wen)(wen)(wen)度(du)為1030～1160℃水冷(leng)，組織為奧氏(shi)(shi)體(ti)；時(shi)效溫(wen)(wen)(wen)度(du)800℃保(bao)溫(wen)(wen)(wen)10h，或(huo)時(shi)效溫(wen)(wen)(wen)度(du)700℃保(bao)溫(wen)(wen)(wen)20h，組織為奧氏(shi)(shi)體(ti)＋碳化物(wu)。時(shi)效后(hou)強度(du)和其(qi)他力學性能均有(you)所提(ti)高，但硬(ying)度(du)仍然較低（＜200HBW），為保(bao)證其(qi)耐磨性，一般(ban)還需進(jin)行(xing)滲氮處理。
1Cr18Ni8Ti鋼經固溶后呈單相奧氏體組織，因(yin)此在(zai)強磁場中不產生感應，適宜制造無磁模具和耐蝕性(xing)的塑(su)料模具。
5. 結束語
不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)種類(lei)較多，有奧氏(shi)體不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)、奧氏(shi)體＋鐵素體（雙相）型(xing)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)、鐵素體不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)、馬(ma)氏(shi)體不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)、沉淀硬化型(xing)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)，其共同特(te)點是不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)耐(nai)蝕(shi)。各(ge)類(lei)模(mo)具(ju)的(de)(de)服役條件(jian)(jian)差異較大，因此各(ge)類(lei)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)選擇和(he)應(ying)用需根據模(mo)具(ju)的(de)(de)生(sheng)產條件(jian)(jian)和(he)工(gong)作(zuo)環境(jing)的(de)(de)需要，結(jie)合(he)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)材料(liao)的(de)(de)基本性能(neng)(neng)和(he)相關因素，選擇符合(he)模(mo)具(ju)性能(neng)(neng)要求(qiu)，經濟(ji)上合(he)理、技術上先進(jin)的(de)(de)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)材料(liao)，從而提高產品的(de)(de)質量和(he)模(mo)具(ju)的(de)(de)使用水平。
