耐腐蚀注塑模具钢有哪些,耐蚀塑料模具钢预硬化工艺及组织研究

　　原标题：耐蚀塑料模具钢预硬化工艺及机构研究

　　作家：王勇胜1，金维松2，孙盛宇1，付出。 博1，刘景欣2 (1。东北特种钢铁集团有限公司技术中心；2.东特股份有限公司总工程办公室)文章已发表在《模具制造》月刊上，版权归作者所有。请注明转载来源。谢谢大家！

　　【摘要】阐述了塑料模具钢的市场现状和4Cr13耐腐蚀塑料模具钢的特点，分析了4Cr13模具钢不同热处理方法的显微组织、强度和成分。数据显示，模铸4Cr13钢经线上预硬、一次淬火后，显微组织呈条状分布，其原因是钢中成分偏析，经二次淬火后可缓解。此外，4Cr13模具钢机构在不同冶炼条件下进行了数据分析。数据显示，电渣钢经过二次淬火后，机构细腻均匀，适合制造高要求的塑料模具。

　　关键词：预硬化；显微组织；耐蚀塑料模具钢；4Cr13

　　磨具被称为“工业之母”，是**工业发展的基础。根据调查，超过80%的工业产品必须成型[1]。一般形成(形状)的形式包括注射、锻造、冲压、挤压、3D打印等。注射成型与化工和塑料市场的发展密切相关。由于塑料具有优异的加工性能和多样性，它已经成为四种材料(木材、水泥、钢材和塑料)中发展更快的材料。近年来，随着各行业对塑料及其产品需求的快速发展，注塑模具也成为模具行业产量较大的品种。

　　塑料模具钢的发展直接决定了注射模具的发展。近几年来，各国各自构成了各自的塑料模具钢种类体系。4Cr13预硬化模具钢是一种中碳高铬耐腐蚀塑料模具钢，适用于制造注塑模具、透明塑料制品磨具等。在高负荷、超耐磨和腐蚀介质的作用下，具有强度均匀、抛光性能好的特点。其对应的德国材料品牌为DIN。 1.2083。4Cr13采用特殊的热处理方法。 洛式材料的硬度值更高可达50～55HRC，在一定的抛光工艺下，磨具表面可以达到很高的镜面效果[2]，对氯氟等汽体有很好的耐腐蚀性和良好的机械加工性能。因此，它受到模具钢客户的青睐，是用量较大的**耐腐蚀塑料模具钢之一。

　　近年来，随着磨具上下游企业对模具成本降低的呼声越来越大，网上预硬化取代线下调质的热处理方法也随之兴起。在线预硬化是指磨具扁钢冷轧后，采用冷轧余热直接进行淬火工艺，无需补偿加热。由于其具有生产工艺短、能耗低、产品特性高等优点，已逐步被市场所采用。

　　本文的研究对象是某一工厂生产的。 4Cr13 型材耐蚀塑料模具钢，其成分如表1所示。

　　根据使用目的，可将4Cr13模具钢按冶炼工艺分为模铸、电渣两种情况，其冶炼工艺分别为：电炉 AOD LF精练 模铸、电炉 AOD LF精练 轧钢 电渣重熔。

　　为了分析模具钢在不同热处理工艺下的不同冶炼条件和部门特点，按照以下工艺对预硬化4Cr13模具钢进行生产试验，即:

　　1#：模铸→(冷轧开坯)→线上预硬→一次淬火。

　　2#：模铸→(冷轧开坯)→线上预硬→二次淬火。

　　3#：电渣→(冷轧开坯)→线下预硬→二次淬火。

　　（1）对1#、2#、3#工艺生产的模具钢进行100倍和500倍的金相分析，其机构外观如图1所示。、图2、图3所示。

　　(2)对金相显微镜下不同机构的实际成分进行分析，测试图1a中显示的A位置、B位置和图1b中C位置的成分，结果如图4所示。

　　(3)图1中的A、B二项机构分别进行显微硬度检测，其结果分别为326HV、296HV。

　　4.1 组织分析一次淬火和二次淬火。

　　图1显示了模铸线上预硬一次淬火后的机构外观， 从图1可以看出，淬火后模具钢显微组织呈条状分布明显。根据硬度检测结论，白色组织(图1所示A)显微硬度高于黑色组织(图1所示B)显微硬度高于30HV。其成分检测数据显示，白色组织Cr成分高于黑色区域。 1%。白色组织内部仍有点状分布的黑色

　　钢液铸造后，随着温度的降低，钢液由外向内，由下向上逐渐凝结。由于晶体选择的特点，首先凝结区以树枝状晶体的形式生长。随着凝结向内的发展，钢液温度场降低，钢液凝结在很长一段时间内进行，树技晶充分生长，主轴之间产生大量的二次轴(见图5)，给收缩带来资源优势。

　　成分检测显示，图1中A、由于钢锭铸造时的选择结晶，B部分钢上存在微区成分差异。如图 6 由于A区域的铬含量比B区域高，使得这里的马氏体曲线向右移动，从而降低了钢的冷却速度。采用相同的淬火冷却强度，A 马氏体在该地区的过冷度超过 B 处，因 此 A 这一地区的马氏体转化为奥氏体，冷却速度更快，导致这里的硬度高于 B 部位。与此同时，由于这里的铬成分较高，对比更耐腐蚀，因此在显微镜下显示黑白两种外观。

　　4Cr13钢淬火后在淬火环境中[3]，由于时间的延长或温度的变化，其沉淀渗碳体的种类也发生了变化， 即（Fe、Cr）3C→（Cr、Fe）7C3→（Cr、Fe）23C6。

　　经过一次淬火后，钢中部分碳原子从渗碳体中沉淀出来，但仍有部分碳原子固溶在渗碳体中。二次淬火再次为这些碳原子提供能量，奥氏体中的过饱和碳原子顺利扩散，进一步释放崎变能。因此，从显微镜下观察，钢中的渗碳条带状组织趋于对称，试件中的白色组织明显减少，如图2所示。 所示。

　　4.2 组织分析线上预硬和线下预硬。

　　4Cr13钢为过共析钢，在淬火组织中，其渗碳体成分较多，即使选用1,060℃~1,100℃进行奥氏体化，钢中的渗碳体也无法完全融化。但是，由于淬火温度高于1,100℃时，钢上残留的奥氏体较多，淬火硬度反而降低，因此传统淬火温度一般选择在1,050℃加热[4]。

　　在线预硬化是指模具钢冷轧后，采用冷轧余热直接进行淬火工艺，无需补偿加热。由于

　　与传统调质相比，由于其工艺特点，仍有差异。图4显示了4Cr13线下调质和二次淬火后的机构外观。可以知道它的组织是回火马氏体和颗粒渗碳体，精致匀称，适用于光相机、太阳镜片等高抛光性、高耐腐蚀、高表面质量标准的模具加工，以及注射针和分析药瓶等光学产品。

　　由于成分偏析，造成过冷奥氏体不断变化曲线向右移动，模铸4Cr13钢经线预硬后，富铬区机构变化不全面。经过二次淬火后，可以缓解机构差异，可用于具有一般要求的塑料模具钢，兼具合理性和耐蚀性。

　　如果注射模具规定具有较高的抛光性、耐腐蚀性和较强的塑件表面质量，可以选择电渣重熔钢，通过线下调质更好。

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