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2Cr133Cr134Cr13、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(gao)鉻耐蝕馬氏體(ti)不銹鋼 


  這類鋼(gang)要求硬(ying)度在50~55HRC。典型的(de)不(bu)銹鋼(gang)為(wei)(wei)(wei)4Cr13,該(gai)鋼(gang)為(wei)(wei)(wei)中碳馬(ma)氏體不(bu)銹鋼(gang),熱處理后(hou)具有較高的(de)硬(ying)度和耐磨性(xing),且抗大氣(qi)和水蒸氣(qi)腐蝕(shi),可(ke)(ke)用(yong)于(yu)制造(zao)要求一(yi)定耐蝕(shi)性(xing)的(de)塑料模(mo)具。該(gai)鋼(gang)的(de)淬火(huo)(huo)溫(wen)度一(yi)般(ban)(ban)選擇1050℃,淬透性(xing)好。對(dui)于(yu)小型塑料模(mo)具,淬火(huo)(huo)時可(ke)(ke)用(yong)空氣(qi)冷卻,以減少(shao)模(mo)具的(de)熱處理變形(xing);而對(dui)于(yu)尺(chi)寸較大的(de)模(mo)具可(ke)(ke)采用(yong)油淬,淬火(huo)(huo)后(hou)的(de)模(mo)具一(yi)般(ban)(ban)采用(yong)200~300℃回火(huo)(huo),回火(huo)(huo)后(hou)硬(ying)度為(wei)(wei)(wei)50~53HRC。適宜制造(zao)承受(shou)高負荷、高耐磨及腐蝕(shi)介質作用(yong)下的(de)塑料模(mo)具。


 b. 高碳高鉻型不銹鋼 


  對于要求較高(gao)(gao)硬(ying)度(du)(du)、較高(gao)(gao)耐磨(mo)性(xing)的(de)耐蝕塑(su)料模(mo)(mo)具(ju)可(ke)選(xuan)(xuan)擇(ze)高(gao)(gao)碳(tan)高(gao)(gao)鉻(ge)型不銹(xiu)鋼(gang),如(ru)9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo和 Cr14MoV 等(deng)。以Cr14MoV鋼(gang)為(wei)例(li),其w(C)=1.0%~1.11.15%,該(gai)鋼(gang)具(ju)有較好的(de)淬透性(xing),淬火溫(wen)度(du)(du)一(yi)般選(xuan)(xuan)擇(ze)為(wei)1100~1120℃油冷,硬(ying)度(du)(du)≥58HRC,回火溫(wen)度(du)(du)為(wei)500℃,保(bao)溫(wen)2h,回火4次,其硬(ying)度(du)(du)≥60HRC。該(gai)鋼(gang)具(ju)有高(gao)(gao)硬(ying)度(du)(du)、高(gao)(gao)耐磨(mo)性(xing)和良好的(de)耐蝕性(xing),高(gao)(gao)溫(wen)硬(ying)度(du)(du)也較高(gao)(gao),適宜制(zhi)造在腐蝕介質作(zuo)用下(xia)承受高(gao)(gao)負荷、高(gao)(gao)耐磨(mo)的(de)塑(su)料模(mo)(mo)具(ju)。


 c. 低(di)碳(tan)鉻鎳型耐(nai)蝕不(bu)銹鋼 


  1Cr17Ni2鋼(gang)屬于(yu)馬氏體型(xing)不銹耐(nai)(nai)酸鋼(gang),對(dui)于(yu)氧化酸類(一定(ding)溫度(du)、濃度(du)的硝酸,大部(bu)分(fen)的有機酸)以及鹽類的水溶液有良好的耐(nai)(nai)蝕性;該(gai)鋼(gang)有較高的強度(du)和適宜的硬度(du),耐(nai)(nai)蝕性比4Cr13鋼(gang)好,因此(ci)要求耐(nai)(nai)蝕性高的塑料模具,仍然有一部(bu)分(fen)采(cai)用該(gai)型(xing)號不銹鋼(gang)制造(zao)。


  1Cr17Ni2鋼(gang)的(de)淬火(huo)溫(wen)度(du)(du)范圍(wei)為(wei)(wei)950~1050℃,油冷。淬火(huo)后(hou)低溫(wen)回(hui)火(huo)或(huo)高(gao)(gao)溫(wen)回(hui)火(huo)均有(you)較好的(de)耐蝕性(xing)(xing),淬火(huo)后(hou)經200~300℃回(hui)火(huo),鋼(gang)的(de)硬度(du)(du)為(wei)(wei)38~40HRC,如通過冷處理,可(ke)使(shi)奧氏體(ti)繼續轉變為(wei)(wei)馬氏體(ti),硬度(du)(du)可(ke)提(ti)高(gao)(gao)到42~48HRC。基體(ti)組織為(wei)(wei)回(hui)火(huo)索氏體(ti),具有(you)較好的(de)強度(du)(du)和韌度(du)(du)配合,而且也有(you)較高(gao)(gao)的(de)耐蝕性(xing)(xing)。該(gai)類鋼(gang)還可(ke)以通過滲氮處理,提(ti)高(gao)(gao)耐磨性(xing)(xing)、抗咬(yao)合能力和模具的(de)使(shi)用壽命。


  1Cr17Ni2 鋼主要用于耐腐蝕、高精度的塑料(liao)模具。



 2. 沉淀(dian)硬化(hua)型不銹鋼(gang)


  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(xiu)鋼有:0Cr17Ni14Cu4Nb、0Cr17NiAl、0Cr15Ni17Mo4Al、0Cr12Ni4Mn5Mo3Al、1Cr14Co13Mo5V等。


  例如,0Cr17Ni14Cu4Nb鋼(gang)(gang)是一種馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)沉淀硬化不銹鋼(gang)(gang),因碳含(han)量(liang)低,耐(nai)蝕性(xing)優于(yu)馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang),而接近(jin)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)。該(gai)鋼(gang)(gang)熱(re)處(chu)(chu)理(li)工藝簡(jian)單,固溶溫度(du)為1040℃,水冷,熱(re)處(chu)(chu)理(li)后(hou)可獲得(de)單一板條狀馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti),硬度(du)為32~34HRC,具有良(liang)好的(de)(de)切削加(jia)工性(xing)能,便(bian)于(yu)模具的(de)(de)加(jia)工成形,經460~480℃時(shi)效后(hou),模具的(de)(de)硬度(du)可達到(dao)40HRC,由于(yu)溫度(du)較低模具變(bian)形較小,硬度(du)和強度(du)皆有所提(ti)高,同時(shi)獲得(de)綜合的(de)(de)力學性(xing)能。該(gai)類鋼(gang)(gang)制模具可采用離(li)子滲氮(dan)表面處(chu)(chu)理(li),表面硬度(du)可達900HV以上,大大延長了模具的(de)(de)使用壽命。


  沉淀硬化(hua)型(xing)不銹鋼主要用于制(zhi)造耐腐蝕、高精度的(de)塑料模具(ju)。



 3. 奧(ao)氏體不(bu)銹鋼在熱作模(mo)具(ju)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(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)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)于鉻鎳系奧氏(shi)(shi)體不銹鋼(gang)。該(gai)鋼(gang)在650℃以下有良(liang)好的力學性能(neng);在600~800℃時(shi),易因強(qiang)烈的時(shi)效(xiao)而強(qiang)化;在800℃以下耐熱不起(qi)皮(pi);在900℃以下耐氣體腐蝕(shi)能(neng)力高(gao)。該(gai)鋼(gang)熱處理工藝為(wei)(wei):固溶(rong)溫度(du)1000~1100℃,水冷(leng),組(zu)織為(wei)(wei)奧氏(shi)(shi)體;時(shi)效(xiao)處理溫度(du)為(wei)(wei)750℃,空冷(leng),組(zu)織為(wei)(wei)奧氏(shi)(shi)體。


  4Cr14Ni14W2Mo鋼抗氧化性好(hao),可以用(yong)于鈦合金(jin)蠕(ru)變成形模、強腐(fu)蝕性的玻璃(li)成形模以及壓鑄用(yong)型(xing)芯等熱作模具。



 4. 奧(ao)氏體不銹鋼在無磁模具中的應用


  為了適(shi)應磁(ci)(ci)(ci)性制品的(de)生產,人們用無磁(ci)(ci)(ci)模(mo)(mo)具鋼制造(zao)無磁(ci)(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)(ci)場中不會被(bei)磁(ci)(ci)(ci)化,保證(zheng)(zheng)了磁(ci)(ci)(ci)性制品在生產過程中即使被(bei)磁(ci)(ci)(ci)化,仍然容易(yi)脫模(mo)(mo),從而有效地(di)保證(zheng)(zheng)了生產的(de)正常進行。


  無(wu)磁模具鋼(gang)(gang)包括奧(ao)(ao)氏體不銹鋼(gang)(gang)和高錳系奧(ao)(ao)氏體鋼(gang)(gang)。1Cr18Ni8Ti鋼(gang)(gang)屬于奧(ao)(ao)氏體型不銹鋼(gang)(gang),具有較高的(de)(de)抗晶間腐(fu)蝕(shi)性(xing)能,在各種狀態下(xia)都能保持穩(wen)定(ding)的(de)(de)奧(ao)(ao)氏體組織,在強(qiang)磁場中部產生磁感應。該(gai)鋼(gang)(gang)的(de)(de)冷拉坯料退火溫(wen)度(du)(du)為970℃,水(shui)冷;固溶溫(wen)度(du)(du)為1030~1160℃水(shui)冷,組織為奧(ao)(ao)氏體;時(shi)效溫(wen)度(du)(du)800℃保溫(wen)10h,或(huo)時(shi)效溫(wen)度(du)(du)700℃保溫(wen)20h,組織為奧(ao)(ao)氏體+碳化物。時(shi)效后(hou)強(qiang)度(du)(du)和其他(ta)力學性(xing)能均有所(suo)提高,但硬(ying)度(du)(du)仍(reng)然較低(<200HBW),為保證其耐磨性(xing),一般(ban)還(huan)需進行(xing)滲氮處理。


  1Cr18Ni8Ti鋼經固溶后呈單相奧氏體(ti)組織,因此在(zai)強磁場中不產生感應(ying),適宜制(zhi)造無(wu)磁模具(ju)和耐蝕(shi)性(xing)的塑(su)料(liao)模具(ju)。



 5. 結束語


  不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)種類(lei)較多,有(you)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)、奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)+鐵素體(ti)(雙相)型(xing)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)、鐵素體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)、馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)、沉淀(dian)硬化型(xing)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang),其共(gong)同(tong)特點(dian)是(shi)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)耐蝕(shi)。各類(lei)模具(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)服役條件差異較大,因(yin)此各類(lei)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)選擇(ze)和(he)應用需根(gen)據模具(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)生產條件和(he)工作(zuo)環境的(de)(de)(de)(de)需要,結合不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)材(cai)料的(de)(de)(de)(de)基(ji)本性(xing)能和(he)相關因(yin)素,選擇(ze)符合模具(ju)(ju)(ju)性(xing)能要求,經濟上合理、技術(shu)上先進的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)材(cai)料,從(cong)而提高產品的(de)(de)(de)(de)質量和(he)模具(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)使用水平。






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