不锈钢在模具材料中的应用

       不锈钢是指在空气或化学腐蚀介质中能够抵抗腐蚀的一种高合金,有马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢等类型,经过多年的发展,其耐蚀性、加工性和强度都远远超过其他材料,而且随着锻造工艺的发展,不锈钢可以获得多种形状。

        模具是工业生产上用以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压成型、冶炼、冲压等方法得到所需产品的各种模子和工具。随着模具工业的发展,模具工作的环境对模具材料的性能要求越来越高,这就要求模具必须具有防腐蚀性能、无磁性、耐高温、耐蚀、抗氧化性和高耐磨性等特殊性能。模具的材质主要分为热作模具钢、冷作模具钢和塑料模具钢等。 

       不锈钢的上述特点能够满足模具材料日益发展的要求,因而各类不锈钢在模具材料中的应用也愈加广泛。 

1 热作模具用不锈钢      奥氏体不锈钢含有Mn、Ni等奥氏体形成元素,同时加入一定量的C、Cr等元素,从而使得奥氏体变形更加稳定,并始终保持奥氏体组织。由于其耐高温、耐蚀、抗氧化,因此可以用作热作模具的材料,目前已经得到了一定的应用。其典型的钢种为0Cr14Ni25Co2V、Cr14Ni14W2Mo。     0Cr14Ni25Co2V、4Cr14Ni14W2Mo钢属于Cr-Ni系奥氏体不锈钢,其优点是组织比较稳定,在加热和冷却过程中均不发生相变,具有很高的高温强度和耐热性。缺点是线胀系数大,导热性差,降低了钢的热疲劳性能,不适宜作为强烈水冷的模具材料。        另外,4Cr14Ni14W2Mo钢在650℃以下有良好的机械性能且抗氧化性好,可蠕变成形模、强腐蚀性的玻璃成形模及压铸用型芯等热作模具。2冷作模具用不锈钢

        不锈钢材质的冷作模具主要是无磁冷作模具。这种模具在强磁场中不会被磁化,保证了磁性制品在生产过程中即使被磁化,但仍然容易脱模,从而有效的保证了生产的正常进行。

        无磁模具钢主要为奥氏体不锈钢。奥氏体型不锈钢模具材料有Cr18Ni9Ti,该钢具有较高的抗晶间腐蚀性能,在各种状态下都能保持稳定的奥氏体组织,在强磁场中不产生磁感应,因此用来制造无磁冷作模具钢。另外,其强度和其他力学性能因时效处理,均有所提高,同时一般还需要进行氮化处理,来保证无磁冷作模具的耐磨性。

3塑料模具用不锈钢

   塑料模具的材质通常要具有较高的硬度、强度和耐磨性能,同时在一些特殊的工艺中,还要求一定的耐蚀性。用于塑料模具的不锈钢主要为马氏体不锈钢。

3.1沉淀硬化马氏体不锈钢

       对于要求高硬度和高加工性能(如抛光性能)的不锈钢塑料模具钢,常使用沉淀硬化马氏体不锈钢最为模具的材质。此类不锈钢主要有: 0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17NiAl、0Cr12Ni4Mn、0Cr15Ni7Mo4Al、1Cr14Co13Mo5V、5Mo3Al等。

        0Cr17Ni4Cu4Nb是其中典型的代表钢种之一。此钢种碳含量低,耐腐蚀性优于马氏体不锈钢,而接近于奥氏体不锈钢。同时,在热处理后0Cr17Ni4Cu4Nb模具的硬度可达到40HRC。

         与其他类型马氏体塑料模具钢类似,为了提高模具的表面硬度和耐磨性,此类型的模具可采用离子氮化表面处理,表面硬度可达900HV以上,可以大大延长塑料模具的使用寿命。 因此,沉淀硬化马氏体不锈钢主要用于制造耐腐蚀、高精度的塑料模具。

3.2低碳高铬马氏体不锈钢

     此类马氏体塑料模具钢的代表钢种为1Cr17Ni2。它的强度、硬度较高,耐磨性好,具有较好的强度和韧度配合,而且有较高的耐腐蚀性能;对于氧酸类(一定温度、浓度的硝酸,大部分的有机酸)以及盐类的水溶液有良好的耐蚀性,耐蚀性能优于4Cr13。

       另外,通过渗氮处理,可以提高塑料模具的耐磨性、抗咬合能力和使用寿命。因此,低碳高铬马氏体塑料模具钢主要用来制造高耐蚀性、高精度的塑料模具。

3.3中碳高铬马氏体不锈钢

        此类塑料模具钢的典型材质为4Cr13中碳马氏体不锈钢,其硬度要求在50-55HRC左右,有较高的硬度和耐磨性,且抗大气和水蒸汽腐蚀。    

         由于4Cr13的淬透性良好,对于小型塑料模具,淬火时可用空气冷却,以减少模具的热处理变形;而对于尺寸较大的塑料模具可采用油淬。它适宜制造高耐磨及腐蚀介质作用下的塑料制品的模具。 

高碳高铬马氏体不锈钢3.4

       对于要求较高硬度、较高耐磨性的耐蚀塑料模具可选择高碳高铬型不锈钢,如9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo、Cr14MoV等。

       常用的高碳高铬马氏体不锈钢材质为Cr14MoV,其含碳量为1.0-1.15%,该钢具有较好的淬透性,经热处理后硬度可达到≥60 HRC。该钢具有高硬度、高耐磨性和良好的耐腐蚀性,高温硬度也较高,适宜制造在腐蚀介质作用下承受高负荷、高耐磨的塑料模具。

结语

         掌握不锈钢模具材料的相关知识,对于我们开展相关科研和学习工作,有一定的指导意义。

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