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低碳马氏体在模具中的应用

通常模具用钢都采用合金工具钢、碳素工具钢和高速工具钢，其淬火后的组织主要是孪晶的亚结构，有显微裂纹的高碳针状、片状马氏体。由于含碳量较高，碳化物形成元素较多，钢中不可避免的会存在网状、带状和链状碳化物，往往造成模具在使用中脆性断裂。由于低碳马氏体亚结构是位错，具有较高的强度(硬度为45hrc～50hrc，屈服强度为1000mpa～1300mpa)、良好的塑性(δ5≥10%，ψ≥40%)和韧性(akv≥59j)以及良好的冷加工性、可焊性和热处理畸变小等优点。因此，如何使模具钢的淬火组织中得到更多的、甚至全部低碳马氏体，是提高模具强韧性、延长模具使用寿命的关键。目前发展方向是低碳结构钢的淬火组织希望得到全部板条马氏体，以保证高的强韧性;对高碳钢倾向于降低碳含量或尽量降低淬火温度来减少孪晶马氏体数量，以保证材料的韧性;对中碳合金钢则倾向于采用高温淬火，得到较多或全部低碳马氏体组织，来提高断裂韧性。低碳马氏体在塑料模具中的应用1低碳马氏体渗碳型塑料模具钢低碳钢、低碳合金钢模具在成形后进行渗碳、淬火和低温回火，使模具表面得到高碳细针状回火马氏体+颗粒状碳化物+少量残留奥氏体，心部组织主要为低碳马氏体。从而保证了模具表面具有高硬度(58hrc～62hrc)、高耐磨性，而心部具有较高的强韧性(30hrc～45hrc)，用于制造各种要求耐磨性良好、形状复杂、承受载荷较高的塑料成形模具。2超低碳冷挤压成型塑料模具钢国外广泛应用超低碳钢冷挤压成型工艺方法制造塑料模具。由于需要冷挤压成型，除碳含量较低外，经软化退火后，硬度较低(≤160hbs，挤压复杂型腔时≤130hbs)，特别适合于冷塑性变形。这类钢在冷挤压成型后进行渗碳、淬火、回火。因此具有生产效率高、制造周期短、模具精度高等优点。典型的钢种有美国p系列低碳模具钢、德国x6crmo4钢(≤0.07%c，质量分数，下同)和国产lj-08cr3nimov钢(≤0.08%c)。3低碳马氏体钢(≤0.25%c)强韧性型塑料模具钢低碳马氏体钢包括低碳碳素钢和低碳合金钢经低碳马氏体强烈淬火处理后，得到强韧性较高的低碳马氏体组织，代替中碳钢调质处理或低碳钢渗碳、渗氮处理，适用制造各种塑料模具，可显著模具制造周期，降低制造成本，提高使用寿命，在塑料模具热处理中广泛应用。4低碳马氏体时效硬化型塑料模具钢(1)低碳马氏体时效硬化钢该钢具有较高的屈强比，良好的切削加工和焊接性能和热处理工艺简单等优点。典型钢种是超低碳18ni钢系列(≤0.03%c)，由于18ni钢价格昂贵，在国内很少使用。近年来开发的06ni6crmovtial(简称06钢，≤0.06%c)，属低镍、低碳马氏体时效硬化钢。该钢经800℃～880℃加热，水或油冷却固溶处理，(500～540)℃×(4～8)h时效处理后的组织为低碳马氏体+析出强化相ni3al、ni3ti、tic和tin，硬度为42hrc～45hrc，屈服强度1100mpa～1400mpa。06钢通常用来制作的收录机磁带盒模具，其平均寿命>110万件，是一种有发展前途的钢种。(2)国产低碳马氏体析出(沉淀)硬化钢典型钢种为25crni3moal和10ni3mncual(简称pms)，适用于制作对变形率要求5低碳马氏体耐蚀型塑料模具钢(1)低碳马氏体不锈钢主要钢种为2cr13钢(0.16%～0.25%c)和1cr17ni2钢(0.11%～0.17%c)，适用于制造在腐蚀介质作用下的.塑料模具，透明塑料制品模具。(2)低碳马氏体析出(沉淀)硬化型不锈钢典型钢种为国产07cr16ni4cu3nb钢(≤0.07%c，简称cr)，该钢经1050℃淬火后获得单一的低碳马氏体组织，硬度为32hrc～35hrc，可以直接进行切削加工;经460℃～480℃时效处理后，硬度为42hrc～44hrc，良好的力学性能和抗蚀性。例如聚三氟氯乙烯阀门盖模具，原采用45钢镀铬处理模具，使用寿命为1000～4000件，后改用低碳马氏体pcr钢，寿命可达10000～20000件。低碳马氏体在冷作模具中的应用1低碳钢冷作模具的低碳马氏体强烈淬火一些国家已在冷作模具钢标准中列入了低碳马氏体钢(≤0.25%c)，例如在iso4957.1999《冷作合金工具钢》中有下列钢种：5crmo4钢(≤0.07%c)、7crmoni2钢(≤0.10%c)、20cr13钢(0.16%～0.25%c);德国工具钢种：21mncr5钢(0.16%～0.24%c)、x6crmo4钢(≤0.07%c)、15nicr18钢(0.10%～0.17%c)。国内也有不少应用低碳马氏体钢强烈淬火工艺制造冷作模具的实例。(1)20钢锯齿锁紧垫圈冲模该冷冲模用于冲压65mn钢带(179hbs～217hbs)。原采用t10钢(48hrc