高耐蝕塑料模具鋼1.2316MOD顯微組織及硬度研究

王勇勝，吳 鵬，葉世圣，郭立波

（1.東特股份技術(shù)中心，遼寧大連 116105；2.東特股份第二軋鋼廠，遼寧大連 116105；3.東特股份總工辦，遼寧大連 116105）

1 引言

隨著家用電器、消費(fèi)電子產(chǎn)品等各行業(yè)的不斷推陳出新，與之相對(duì)應(yīng)的注塑行業(yè)的發(fā)展與迭代也愈加變快，注塑用模具鋼材料的市場(chǎng)規(guī)模也發(fā)展迅速，成為了模具行業(yè)用量最大的一個(gè)鋼種類別，且品種序列發(fā)展成熟，各個(gè)國(guó)家都有了成系統(tǒng)的塑料模具鋼品種。并且隨著塑件材質(zhì)的不同，發(fā)展出不同的塑料模具鋼專用品種。

由于調(diào)質(zhì)后具有高耐磨、良好的抗腐蝕性、優(yōu)良的拋光性及機(jī)械加工性能等，以4Cr13（德國(guó)材料號(hào)DIN 1.2083）為代表的中碳高鉻型耐蝕塑料模具鋼，深受廣大模具鋼用戶青睞。

但是，在生產(chǎn)特殊材質(zhì)的塑料制品（如氟塑料、阻燃ABS，在ABS塑料中加入阻燃劑等）時(shí)，塑件分解出的腐蝕性氣體（如氟化氫和二氧化硫等），對(duì)模具型腔有強(qiáng)烈的腐蝕作用。因此，在這些工作環(huán)境下的模具應(yīng)選用較4Cr13更耐腐蝕的模具鋼材料[1]。

通常情況下，為使模具材料具有高的耐磨性質(zhì)，需要鋼中存在一定量的合金碳化物。但是，C元素的升高會(huì)使鋼對(duì)晶間腐蝕、點(diǎn)腐蝕的敏感性急劇上升，因此需要增加Cr的含量，以平衡C元素的影響，提高鋼的鈍化膜修復(fù)能力；Mo可使鋼的耐點(diǎn)腐蝕性提高[2]，穩(wěn)定不銹鋼的鈍化膜，提高回火穩(wěn)定性；Ni可以增加鋼的淬透性，提高韌性；V可以形成彌散碳化物顆粒，并且細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)韌性配合。

2 試驗(yàn)材料與方法

本文研究對(duì)象為某廠生產(chǎn)的基于DIN1.2316的Cr17型耐蝕塑料模具鋼1.2316MOD，其名義成分如表1所示。

表1 化學(xué)成分%

為了研究該鋼種的組織及性能，開(kāi)展熱處理試驗(yàn)：

1,030℃淬火（水）后，進(jìn)行300℃～700℃之間不同溫度回火（30min），進(jìn)行硬度檢測(cè)，并觀察組織形貌，進(jìn)行碳化物組分分析，之后進(jìn)行相應(yīng)溫度下二次回火及硬度、組織檢測(cè)。

3 檢驗(yàn)結(jié)果

3.1 淬火及回火后硬度檢測(cè)結(jié)果

進(jìn)行1,030℃淬火后，該鋼淬火硬度為45HRC。其淬火組織形貌如圖1所示。隨后進(jìn)行300℃～700℃一次回火，依據(jù)回火后硬度制成溫度-硬度曲線，如圖2所示。

圖1 1.2316MOD淬火組織形貌

圖2 1.2316MOD硬度-回火溫度曲線

3.2 不同溫度回火的顯微組織檢測(cè)結(jié)果

對(duì)不同溫度一次回火后的試樣進(jìn)行金相組織檢測(cè)，其顯微組織形貌如圖3所示。

圖3 1.2316MOD回火組織形貌

3.3 掃描電鏡檢測(cè)結(jié)果

進(jìn)行回火后試樣碳化物分析，其掃描電鏡形貌及成分如圖4所示。

圖4 1.2316MOD碳化物掃描電鏡形貌及成分分析

3.4 二次回火的硬度及顯微組織檢測(cè)結(jié)果

進(jìn)行575～700℃二次回火，與相應(yīng)溫度的一次回火硬度制成溫度-硬度曲線，并進(jìn)行顯微組織分析，結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5 1.2316MOD一次回火及二次回火硬度曲線

圖6 1.2316MOD二次回火顯微組織形貌

4 結(jié)果分析及討論

4.1 淬火組織分析

圖1所示為1.2316MOD鋼在1,030℃淬火后的組織形貌。由圖1可見(jiàn)，該鋼淬火條件下的顯微組織主要為淬火馬氏體、鐵素體及在此基體上分布著的碳化物。在光學(xué)顯微鏡下，組織中的鐵素體呈多邊形白亮塊，碳化物呈彌散的顆粒狀。

4.2 回火組織分析

300℃回火后，1.2316MOD鋼基體為回火馬氏體，顯微組織中的鐵素體及碳化物沒(méi)有發(fā)生明顯轉(zhuǎn)變。另外，由于使用的回火溫度較低，主要合金元素沒(méi)有從固溶體中析出，因此硬度沒(méi)有變化，硬度檢測(cè)也證實(shí)了這一點(diǎn)。

隨后進(jìn)行的400℃～500℃回火，硬度也沒(méi)有發(fā)生下降，說(shuō)明該鋼在500℃以下的回火穩(wěn)定性較強(qiáng)，在此溫度區(qū)間內(nèi)回火沒(méi)有發(fā)生明顯的碳元素及合金元素的分解。但是在450℃回火時(shí)，可見(jiàn)出現(xiàn)二次硬化效應(yīng)，這主要是受殘余奧氏體的繼續(xù)轉(zhuǎn)變和碳化物的析出共同作用的結(jié)果[3]。

隨著回火溫度提高到525℃，鋼硬度開(kāi)始下降，淬火基體組織開(kāi)始發(fā)生分解，馬氏體中開(kāi)始析出較多的球狀碳化物（見(jiàn)圖3、圖4、圖5）。

當(dāng)進(jìn)一步提高回火溫度，基體組織中析出的碳化物開(kāi)始明顯地聚集長(zhǎng)大。在650℃進(jìn)行回火時(shí)，鋼的硬度降至32.5HRC，此硬度基本符合一般模具要求的硬度范圍，而且此時(shí)拋光性能及耐腐蝕性能良好。通過(guò)碳化物成分分析可見(jiàn)，鋼中的碳化物類型為富鉻的M7C3型碳化物或M23C6型碳化物。

4.3 合金元素含量對(duì)于組織及硬度的影響探討

合金鋼的主要合金元素中，Mo、V、Si等可促進(jìn)鐵素體的形成，當(dāng)Cr＞7%時(shí)也可促進(jìn)鐵素體的形成。另外，鋼中的合金元素主可形成6種碳化物，分別為MC型、M2C型、M3C型、M6C型、M7C3型、M23C6型，其中M23C6最不穩(wěn)定。

Ti、V、Nb等與碳元素可形成穩(wěn)定的碳化物，這種碳化物熔點(diǎn)很高，一般加熱至900℃～1,000℃時(shí)完全不溶于奧氏體，以細(xì)小彌散的碳化物顆粒形式存在，如本鋼種在1,030℃淬火后可見(jiàn)的一次碳化物即屬于本類型碳化物。在鋼的加熱轉(zhuǎn)變過(guò)程中，這其釘扎在晶界上，可阻礙奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，降低過(guò)熱傾向。

在300℃～500℃回火時(shí)，本鋼種的硬度沒(méi)有發(fā)生下降，說(shuō)明此時(shí)沒(méi)有發(fā)生明顯的馬氏體中碳元素及合金元素的分解。繼續(xù)升高回火溫度時(shí)，碳原子和合金原子獲得更多的擴(kuò)散遷移能，馬氏體晶格畸變能得到釋放，硬度得以降低。

5 結(jié)論

1.2316 MOD鋼淬火組織為馬氏體+鐵素體+碳化物，該鋼在650℃進(jìn)行回火時(shí)，硬度及組織基本符合一般模具的使用要求。如需其它調(diào)質(zhì)硬度，需根據(jù)回火曲線調(diào)整回火溫度。

以本鋼種為代表的Cr17型不銹鋼在塑料橡膠等行業(yè)應(yīng)用廣泛[4～5]，主要用于有更高耐腐蝕性能要求的模具注塑行業(yè)。