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(ma)氏體(ti)不銹鋼
這類鋼要求硬度在50~55HRC。典(dian)型的(de)(de)(de)(de)不銹鋼為4Cr13,該(gai)鋼為中(zhong)碳馬氏體不銹鋼,熱處理后(hou)具(ju)有較高(gao)的(de)(de)(de)(de)硬度和耐(nai)磨性(xing),且抗大氣和水蒸(zheng)氣腐蝕,可(ke)用于制(zhi)造(zao)(zao)要求一(yi)(yi)定耐(nai)蝕性(xing)的(de)(de)(de)(de)塑(su)料模(mo)(mo)具(ju)。該(gai)鋼的(de)(de)(de)(de)淬(cui)火溫(wen)度一(yi)(yi)般(ban)選擇1050℃,淬(cui)透性(xing)好。對于小型塑(su)料模(mo)(mo)具(ju),淬(cui)火時可(ke)用空氣冷卻(que),以(yi)減(jian)少模(mo)(mo)具(ju)的(de)(de)(de)(de)熱處理變形;而對于尺(chi)寸較大的(de)(de)(de)(de)模(mo)(mo)具(ju)可(ke)采用油淬(cui),淬(cui)火后(hou)的(de)(de)(de)(de)模(mo)(mo)具(ju)一(yi)(yi)般(ban)采用200～300℃回(hui)火，回(hui)火后(hou)硬度為50～53HRC。適宜制(zhi)造(zao)(zao)承受高(gao)負荷、高(gao)耐(nai)磨及(ji)腐蝕介(jie)質作用下的(de)(de)(de)(de)塑(su)料模(mo)(mo)具(ju)。
b. 高(gao)(gao)碳高(gao)(gao)鉻型不(bu)銹鋼
對于要求較(jiao)高(gao)(gao)(gao)硬度(du)、較(jiao)高(gao)(gao)(gao)耐磨(mo)性(xing)的(de)耐蝕(shi)塑料(liao)模具可(ke)選擇(ze)高(gao)(gao)(gao)碳高(gao)(gao)(gao)鉻型不銹鋼，如9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo和(he) Cr14MoV 等。以Cr14MoV鋼為(wei)例，其w(C)=1.0%~1.11.15％，該鋼具有較(jiao)好的(de)淬透性(xing)，淬火(huo)(huo)溫度(du)一般選擇(ze)為(wei)1100～1120℃油冷(leng)，硬度(du)≥58HRC，回火(huo)(huo)溫度(du)為(wei)500℃，保溫2h，回火(huo)(huo)4次，其硬度(du)≥60HRC。該鋼具有高(gao)(gao)(gao)硬度(du)、高(gao)(gao)(gao)耐磨(mo)性(xing)和(he)良好的(de)耐蝕(shi)性(xing)，高(gao)(gao)(gao)溫硬度(du)也較(jiao)高(gao)(gao)(gao)，適宜制造(zao)在(zai)腐蝕(shi)介質作用下承(cheng)受(shou)高(gao)(gao)(gao)負荷(he)、高(gao)(gao)(gao)耐磨(mo)的(de)塑料(liao)模具。
c. 低碳(tan)鉻(ge)鎳型耐(nai)蝕不銹鋼(gang)
1Cr17Ni2鋼(gang)屬于馬(ma)氏體(ti)型(xing)(xing)不(bu)銹(xiu)耐酸(suan)(suan)鋼(gang)，對(dui)于氧(yang)化酸(suan)(suan)類(lei)（一(yi)定溫度(du)、濃度(du)的(de)硝酸(suan)(suan)，大(da)部(bu)分的(de)有機酸(suan)(suan)）以及鹽類(lei)的(de)水溶液(ye)有良好(hao)的(de)耐蝕性；該鋼(gang)有較(jiao)高的(de)強度(du)和(he)適宜的(de)硬(ying)度(du)，耐蝕性比4Cr13鋼(gang)好(hao)，因此要求耐蝕性高的(de)塑料模具(ju)，仍然有一(yi)部(bu)分采用該型(xing)(xing)號不(bu)銹(xiu)鋼(gang)制造。
1Cr17Ni2鋼(gang)的(de)(de)(de)淬火(huo)溫度范圍為950～1050℃，油冷。淬火(huo)后(hou)低溫回火(huo)或高(gao)溫回火(huo)均有較(jiao)好的(de)(de)(de)耐蝕性(xing)，淬火(huo)后(hou)經200～300℃回火(huo)，鋼(gang)的(de)(de)(de)硬度為38～40HRC，如通過冷處(chu)理，可(ke)使奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)繼(ji)續轉變為馬氏(shi)體(ti)(ti)，硬度可(ke)提(ti)高(gao)到42～48HRC。基體(ti)(ti)組織(zhi)為回火(huo)索(suo)氏(shi)體(ti)(ti)，具有較(jiao)好的(de)(de)(de)強度和(he)韌度配合(he)，而且也有較(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)耐蝕性(xing)。該類鋼(gang)還(huan)可(ke)以(yi)通過滲氮(dan)處(chu)理，提(ti)高(gao)耐磨性(xing)、抗咬合(he)能力和(he)模具的(de)(de)(de)使用壽(shou)命。
1Cr17Ni2 鋼主(zhu)要用于(yu)耐腐(fu)蝕、高精度的塑料(liao)模(mo)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(ying)化不銹鋼有：0Cr17Ni14Cu4Nb、0Cr17NiAl、0Cr15Ni17Mo4Al、0Cr12Ni4Mn5Mo3Al、1Cr14Co13Mo5V等。
例(li)如，0Cr17Ni14Cu4Nb鋼(gang)(gang)是一(yi)種(zhong)馬氏(shi)體沉(chen)淀(dian)硬(ying)化不銹鋼(gang)(gang)，因碳含量低，耐蝕性優于(yu)馬氏(shi)體不銹鋼(gang)(gang)，而接近奧(ao)氏(shi)體不銹鋼(gang)(gang)。該鋼(gang)(gang)熱處(chu)(chu)理(li)(li)工(gong)(gong)藝簡單，固溶溫(wen)度(du)為1040℃，水(shui)冷，熱處(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)可獲(huo)得(de)單一(yi)板條狀馬氏(shi)體，硬(ying)度(du)為32～34HRC，具(ju)(ju)(ju)有(you)(you)良(liang)好的(de)切削加工(gong)(gong)性能(neng)，便于(yu)模(mo)具(ju)(ju)(ju)的(de)加工(gong)(gong)成形，經460～480℃時效后(hou)，模(mo)具(ju)(ju)(ju)的(de)硬(ying)度(du)可達到40HRC，由(you)于(yu)溫(wen)度(du)較低模(mo)具(ju)(ju)(ju)變(bian)形較小，硬(ying)度(du)和強度(du)皆有(you)(you)所提高，同時獲(huo)得(de)綜(zong)合的(de)力學性能(neng)。該類鋼(gang)(gang)制(zhi)模(mo)具(ju)(ju)(ju)可采用(yong)離子滲氮表面處(chu)(chu)理(li)(li)，表面硬(ying)度(du)可達900HV以上，大大延長了(le)模(mo)具(ju)(ju)(ju)的(de)使用(yong)壽命。
沉淀硬化型不銹鋼主要用于制造耐腐(fu)蝕、高精度的(de)塑料(liao)模具。
3. 奧氏(shi)體不銹鋼(gang)在(zai)熱作(zuo)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(gang)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(shu)于鉻鎳系(xi)奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)。該(gai)鋼(gang)在(zai)(zai)650℃以下(xia)有良好的力學(xue)性能(neng)；在(zai)(zai)600～800℃時(shi)，易因強(qiang)烈(lie)的時(shi)效而(er)強(qiang)化；在(zai)(zai)800℃以下(xia)耐(nai)熱不(bu)起皮(pi)；在(zai)(zai)900℃以下(xia)耐(nai)氣體(ti)腐(fu)蝕能(neng)力高。該(gai)鋼(gang)熱處理工藝為(wei)：固溶溫度(du)1000～1100℃，水冷(leng)，組(zu)織為(wei)奧(ao)氏(shi)體(ti)；時(shi)效處理溫度(du)為(wei)750℃，空(kong)冷(leng)，組(zu)織為(wei)奧(ao)氏(shi)體(ti)。
4Cr14Ni14W2Mo鋼抗氧化性(xing)好(hao)，可以用于鈦合金蠕變成(cheng)形模、強腐(fu)蝕性(xing)的(de)玻璃成(cheng)形模以及壓鑄用型芯等(deng)熱(re)作模具。
4. 奧氏體不銹鋼在無磁模具(ju)中的(de)應用(yong)
為了(le)適(shi)應磁性(xing)制品的生(sheng)產(chan)，人們用無磁模(mo)具(ju)鋼制造無磁冷作模(mo)具(ju)和塑料模(mo)具(ju)，這(zhe)種模(mo)具(ju)在(zai)強磁場(chang)中不(bu)會(hui)被磁化，保(bao)證了(le)磁性(xing)制品在(zai)生(sheng)產(chan)過程(cheng)中即使被磁化，仍然容易(yi)脫模(mo)，從而有效地保(bao)證了(le)生(sheng)產(chan)的正常進行。
無磁模具鋼(gang)包括(kuo)奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)和高錳系奧(ao)氏體(ti)鋼(gang)。1Cr18Ni8Ti鋼(gang)屬于奧(ao)氏體(ti)型不(bu)銹鋼(gang)，具有較高的(de)(de)抗晶間(jian)腐蝕性能，在各(ge)種狀態下都能保持(chi)穩定(ding)的(de)(de)奧(ao)氏體(ti)組(zu)織，在強(qiang)磁場中部產(chan)生磁感(gan)應。該鋼(gang)的(de)(de)冷拉(la)坯料退火溫度為970℃，水冷；固(gu)溶溫度為1030～1160℃水冷，組(zu)織為奧(ao)氏體(ti)；時(shi)效溫度800℃保溫10h，或時(shi)效溫度700℃保溫20h，組(zu)織為奧(ao)氏體(ti)＋碳(tan)化物。時(shi)效后(hou)強(qiang)度和其他力學性能均有所(suo)提高，但硬度仍然較低(di)（＜200HBW），為保證其耐(nai)磨性，一般還需進(jin)行(xing)滲氮處(chu)理。
1Cr18Ni8Ti鋼(gang)經(jing)固溶后呈單相奧(ao)氏體組織，因此在強磁場中不產生感應(ying)，適宜制造無(wu)磁模具和耐(nai)蝕性的塑料模具。
5. 結(jie)束語
不(bu)銹(xiu)鋼種(zhong)類較多(duo)，有奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼、奧(ao)氏體(ti)＋鐵素體(ti)（雙相(xiang)）型不(bu)銹(xiu)鋼、鐵素體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼、馬氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼、沉淀硬化型不(bu)銹(xiu)鋼，其(qi)共同特點是(shi)不(bu)銹(xiu)耐蝕(shi)。各類模(mo)具的服役條件差(cha)異較大(da)，因此(ci)各類不(bu)銹(xiu)鋼的選擇和(he)應用需根據模(mo)具的生產(chan)條件和(he)工作環境的需要，結合不(bu)銹(xiu)鋼材(cai)料(liao)的基(ji)本性能和(he)相(xiang)關因素，選擇符(fu)合模(mo)具性能要求，經濟上合理、技術(shu)上先進的不(bu)銹(xiu)鋼材(cai)料(liao)，從而提(ti)高產(chan)品的質量(liang)和(he)模(mo)具的使用水平(ping)。
