耐腐蚀塑料模具钢预硬化工艺及组织研究

原标题：耐腐蚀塑料模具钢预硬化工艺及组织研究

作者：王勇胜1、金维松2、孙盛宇1、傅 博1、刘景欣2 （1.东北特种钢集团有限公司技术中心；2.东特总工办公室，)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！

塑料模具钢行业现状分析4Cr13耐腐蚀塑料模具钢具有不同热处理工艺的特点4Cr13对比分析了模具钢的显微组织、硬度和成分。结果表明，模铸4Cr13由于钢中成分的偏析，显微组织在线预硬和回火后呈带状分布。此外，在不同的冶炼状态下4Cr13对模具钢组织进行

关键词:预硬化；显微组织；耐腐蚀塑料模具钢；4Cr13

模具被称为工业之母，是一个**工业发展的基础。据统计，80%以上的工业产品需要模具成型[1]。注射、锻造、冲压、挤压锻造、冲压、挤压3D注射成型与化工和塑料工业的发展密切相关。由于塑料加工性能优异，品种多样，已成为社会上广泛使用的四种材料（木材、水泥、钢、塑料）中发展更快的材料。随着各行业对塑料及其产品需求的快速发展，塑料模具已成为近年来模具行业产量更大的品种。

注射模的发展直接决定了塑料模具钢的发展。近年来，各国形成了各自的塑料模具钢品种体系。4Cr13预硬化模具钢属于中碳高铬耐腐蚀塑料模具钢，适用于制造塑料模具、透明塑料产品模具等，硬度均匀，抛光性能好，相应的德国材料品牌DIN 1.2083。经过特定的热处理工艺，4Cr13 材料的洛式硬度值更高

近年来，随着模具上下游企业降低模具成本的呼声越来越大，在线预硬化而不是离线质量调节的热处理技术应运而生。在线预硬化是指模具扁钢轧制后直接淬火，无需补偿加热。由于其工艺流程短、能耗低、产品特性优良等优点，已逐渐被市场采用。

本文的研究对象是某厂生产的 4Cr13 耐腐蚀塑料模具钢，其成分如表1所示。

根据使用目的，可以使用4Cr13根据熔炼工艺，模具钢分为模铸和电渣，冶炼工艺分别为：电炉 AOD LF精炼 模铸，电炉 AOD LF精炼 连铸 电渣重熔。

为分析不同冶炼状态和热处理工艺下模具钢的组织特性，预硬化4Cr13模具钢按以下工艺进行生产试验：

1#：模铸→(开坯轧制)→在线预硬→一次回火

2#：模铸→(开坯轧制)→在线预硬→二次回火。

3#：电渣→(开坯轧制)→离线预硬→二次回火。

（1）对1#、2#、3#对工艺生产的模具钢进行100倍、500倍金相分析，其组织形态如图1、图2、图3所示。

(2)分析金相显微镜下不同组织的具体成分1a中所示A位置及B位置及图1b中C分析位置，结果如图4所示。

（3）对图1中A、B显微硬度试验由两个组织进行，其结果是326HV、296HV。

图1 模铸4Cr13钢在线预硬一次回火后的组织形式

图2 模铸4Cr13在线预硬二次回火后的组织形状

图3 电渣4Cr13离线预硬二次回火后的组织形状

图4 模铸4Cr13钢扫描电镜的形状和成分分析

4.1 组织分析一次回火和二次回火

图1为模铸在线预硬一次回火后的组织形状。从 图1可以看出，回火后的模具钢显微组织呈明显的带状分布。根据硬度检测结果，白色组织(如图1所示A显微硬度为黑色组织(图1所示)B显微硬度高30HV。其成分分析结果表明，白色组织Cr含量比黑色区域高1%左右。在高倍率显微镜下，可以看出白色组织中仍然存在点状分布的黑色组织。通过能谱分析，它们含有Cr约20%。

钢液浇铸后，随着温度的降低，钢水逐渐从外到内、从下到上凝固。由于选择晶体的特点，**个凝固区域以树枝晶体的形式生长。随着内部凝固，钢液温度梯度降低，钢液凝固时间较长，树枝晶体充分生长，主轴间产生大量次轴（见图5），为偏析提供了有利条件。

图5

图1显示了成分分析A、B钢锭浇铸时选择结晶，钢中存在微区成分差异。如图所示， 6 A铬含量高于位置B位置使奥氏体转换曲线向右移动，降低了钢的冷却速度。在相同的淬火冷却强度下，A 位置的奥氏体过冷度大于 B因此 A 位置的奥氏体变成马氏体的冷却速度更快，导致这里的硬度高于 B 位置。同时，由于铬含量高，耐腐蚀，显微镜呈黑白形状。

淬火后的4Cr13由于时间的延长或温度的变化，碳化物的沉淀类型也发生了变化， （Fe、Cr）3C→（Cr、Fe）7C3→（Cr、Fe）23C6。

钢回火后，钢中的一些碳原子从碳化物中沉淀，但仍有一些碳原子固溶于碳化物中。二次回火继续为这些碳原子提供能量，马氏体中的过饱和碳原子继续扩散，畸变可以进一步释放。因此，从显微镜上看，钢中的碳化物带状组织趋于均匀，样品中的白色组织明显减少，如图2 所示。

图6 4Cr13钢TTT曲线

4.2 组织分析在线预硬和离线预硬

4Cr13即使使用1，钢是过分析钢，在退火组织中碳化物含量较高，060℃~1,100℃钢中的碳化物在奥氏体化温度下不能完全溶解。但由于淬火温度高于1，100℃钢中残留的奥氏体较多，淬火硬度反而降低，因此传统的淬火温度一般为1，050℃加热[4]。

在线预硬化是指模具钢轧制后，采用轧制余热直接淬火，无需补偿加热。由于轧制余热，轧制前加热炉加热温度高，大部分合金元素溶解在奥氏体中，具有一定的淬火组织条件。同时，由于工艺流程短、能耗低，逐渐被市场采用，其一般淬火温度约为830℃~850℃。

由于其工艺特点，与传统调质相比仍有所不同。图4为电渣重熔4Cr13从离线质量调整和二次回火后的组织形状可以看出，其组织是回火马氏体和粒状碳化物，细致均匀。可用于抛光性高、耐腐蚀性高、表面质量要求高的模具制造，如光照相机、太阳镜等光学产品，以及注射器、分析瓶等医疗器械产品。

由于成分偏析，过冷奥氏体连续转换曲线右移，模铸4Cr13钢在线预硬后，富铬区组织变化不足。二次回火后，一般要求的塑料模具钢可以减少组织差异，既经济又耐腐蚀。

如果注射模具需要较高的抛光、耐腐蚀性和较高的塑料零件表面质量，可选择电渣重熔钢，离线质量调整较好。回到苏湖看看更多

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