隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展,對(duì)模具的冶金質(zhì)量、品種、數(shù)量和性能的要求不斷提高,出現(xiàn)了高合金、高質(zhì)、優(yōu)化、普通材料強(qiáng)化及擴(kuò)展材料應(yīng)用范圍等趨勢(shì),并相繼出現(xiàn)了一些新型模具材料。模具的工作環(huán)境對(duì)模具材料的性能要求愈來(lái)愈高,在一些化學(xué)腐蝕條件下工作的模具應(yīng)具有耐蝕性;在強(qiáng)磁場(chǎng)中工作的模具不能產(chǎn)生感應(yīng);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(fā)展開(kāi)辟了新的應(yīng)用途徑,而且促進(jìn)了模具工業(yè)的發(fā)展。

1. 馬氏體不銹鋼

  在化學(xué)腐蝕環(huán)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(qiáng)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(jù)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 

  這類鋼要求硬度在50~55HRC。典型的不銹鋼為4Cr13,該鋼為中碳馬氏體不銹鋼,熱處理后具有較高的硬度和耐磨性,且抗大氣和水蒸氣腐蝕,可用于制造要求一定耐蝕性的塑料模具。該鋼的淬火溫度一般選擇1050℃,淬透性好。對(duì)于小型塑料模具,淬火時(shí)可用空氣冷卻,以減少模具的熱處理變形;而對(duì)于尺寸較大的模具可采用油淬,淬火后的模具一般采用200～300℃回火，回火后硬度為50～53HRC。適宜制造承受高負(fù)荷、高耐磨及腐蝕介質(zhì)作用下的塑料模具。

 b. 高碳高鉻型不銹鋼 

  對(duì)于要求較高硬度、較高耐磨性的耐蝕塑料模具可選擇高碳高鉻型不銹鋼，如9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo和 Cr14MoV 等。以Cr14MoV鋼為例，其w(C)=1.0%~1.11.15％，該鋼具有較好的淬透性，淬火溫度一般選擇為1100～1120℃油冷，硬度≥58HRC，回火溫度為500℃，保溫2h，回火4次，其硬度≥60HRC。該鋼具有高硬度、高耐磨性和良好的耐蝕性，高溫硬度也較高，適宜制造在腐蝕介質(zhì)作用下承受高負(fù)荷、高耐磨的塑料模具。

 c. 低碳鉻鎳型耐蝕不銹鋼 

  1Cr17Ni2鋼屬于馬氏體型不銹耐酸鋼，對(duì)于氧化酸類（一定溫度、濃度的硝酸，大部分的有機(jī)酸）以及鹽類的水溶液有良好的耐蝕性；該鋼有較高的強(qiáng)度和適宜的硬度，耐蝕性比4Cr13鋼好，因此要求耐蝕性高的塑料模具，仍然有一部分采用該型號(hào)不銹鋼制造。

  1Cr17Ni2鋼的淬火溫度范圍為950～1050℃，油冷。淬火后低溫回火或高溫回火均有較好的耐蝕性，淬火后經(jīng)200～300℃回火，鋼的硬度為38～40HRC，如通過(guò)冷處理，可使奧氏體繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，硬度可提高到42～48HRC。基體組織為回火索氏體，具有較好的強(qiáng)度和韌度配合，而且也有較高的耐蝕性。該類鋼還可以通過(guò)滲氮處理，提高耐磨性、抗咬合能力和模具的使用壽命。

  1Cr17Ni2 鋼主要用于耐腐蝕、高精度的塑料模具。

 2. 沉淀硬化型不銹鋼

  馬氏體不銹鋼模具在熱處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生變形，這是模具熱處理三大難題之一（變形、開(kāi)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(duì)于復(fù)雜、精密、長(zhǎng)壽命的耐蝕塑料模具，是模具材料面臨的一個(gè)重要課題，為此國(guó)內(nèi)研制和發(fā)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鋼是一種馬氏體沉淀硬化不銹鋼，因碳含量低，耐蝕性優(yōu)于馬氏體不銹鋼，而接近奧氏體不銹鋼。該鋼熱處理工藝簡(jiǎn)單，固溶溫度為1040℃，水冷，熱處理后可獲得單一板條狀馬氏體，硬度為32～34HRC，具有良好的切削加工性能，便于模具的加工成形，經(jīng)460～480℃時(shí)效后，模具的硬度可達(dá)到40HRC，由于溫度較低模具變形較小，硬度和強(qiáng)度皆有所提高，同時(shí)獲得綜合的力學(xué)性能。該類鋼制模具可采用離子滲氮表面處理，表面硬度可達(dá)900HV以上，大大延長(zhǎng)了模具的使用壽命。

  沉淀硬化型不銹鋼主要用于制造耐腐蝕、高精度的塑料模具。

 3. 奧氏體不銹鋼在熱作模具上的應(yīng)用

  近年來(lái)，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(jīng)逐漸獲得廣泛的應(yīng)用。這類鋼一般都含有Ni、Mn等奧氏體形成元素，同時(shí)加入一定量的C、Cr等元素，使奧氏體變得更加穩(wěn)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(yōu)點(diǎn)是組織比較穩(wěn)定，在加熱和冷卻過(guò)程中均不發(fā)生相變，具有很高的高溫強(qiáng)度和耐熱性；缺點(diǎn)是線脹系數(shù)大，導(dǎo)熱性差，降低了鋼的熱疲勞性能，不適宜作為強(qiáng)烈水冷的模具材料。

  4Cr14Ni14W2Mo鋼屬于鉻鎳系奧氏體不銹鋼。該鋼在650℃以下有良好的力學(xué)性能；在600～800℃時(shí)，易因強(qiáng)烈的時(shí)效而強(qiáng)化；在800℃以下耐熱不起皮；在900℃以下耐氣體腐蝕能力高。該鋼熱處理工藝為：固溶溫度1000～1100℃，水冷，組織為奧氏體；時(shí)效處理溫度為750℃，空冷，組織為奧氏體。

  4Cr14Ni14W2Mo鋼抗氧化性好，可以用于鈦合金蠕變成形模、強(qiáng)腐蝕性的玻璃成形模以及壓鑄用型芯等熱作模具。

 4. 奧氏體不銹鋼在無(wú)磁模具中的應(yīng)用

  為了適應(yīng)磁性制品的生產(chǎn)，人們用無(wú)磁模具鋼制造無(wú)磁冷作模具和塑料模具，這種模具在強(qiáng)磁場(chǎng)中不會(huì)被磁化，保證了磁性制品在生產(chǎn)過(guò)程中即使被磁化，仍然容易脫模，從而有效地保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

  無(wú)磁模具鋼包括奧氏體不銹鋼和高錳系奧氏體鋼。1Cr18Ni8Ti鋼屬于奧氏體型不銹鋼，具有較高的抗晶間腐蝕性能，在各種狀態(tài)下都能保持穩(wěn)定的奧氏體組織，在強(qiáng)磁場(chǎng)中部產(chǎn)生磁感應(yīng)。該鋼的冷拉坯料退火溫度為970℃，水冷；固溶溫度為1030～1160℃水冷，組織為奧氏體；時(shí)效溫度800℃保溫10h，或時(shí)效溫度700℃保溫20h，組織為奧氏體＋碳化物。時(shí)效后強(qiáng)度和其他力學(xué)性能均有所提高，但硬度仍然較低（＜200HBW），為保證其耐磨性，一般還需進(jìn)行滲氮處理。

  1Cr18Ni8Ti鋼經(jīng)固溶后呈單相奧氏體組織，因此在強(qiáng)磁場(chǎng)中不產(chǎn)生感應(yīng)，適宜制造無(wú)磁模具和耐蝕性的塑料模具。

 5. 結(jié)束語(yǔ)

  不銹鋼種類較多，有奧氏體不銹鋼、奧氏體＋鐵素體（雙相）型不銹鋼、鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、沉淀硬化型不銹鋼，其共同特點(diǎn)是不銹耐蝕。各類模具的服役條件差異較大，因此各類不銹鋼的選擇和應(yīng)用需根據(jù)模具的生產(chǎn)條件和工作環(huán)境的需要，結(jié)合不銹鋼材料的基本性能和相關(guān)因素，選擇符合模具性能要求，經(jīng)濟(jì)上合理、技術(shù)上先進(jìn)的不銹鋼材料，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和模具的使用水平。