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.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！

分析了塑料模具钢的行业现状和4Cr13型耐腐蚀塑料模具钢具有4种不同的热处理工艺Cr对比分析了13模具钢的显微组织、硬度和成分。结果表明，模铸4Cr13钢在线预硬一次回火后，显微组织呈带状分布。由于钢中成分的分析，二次回火后可以减少。另外，4Cr对13模具钢组织进行了对比分析，结果表明，电渣钢经二次回火后，组织细致均匀，可用于塑料模具制造。

关键词:

预硬化；显微组织；耐腐蚀塑料模具钢；4Cr13

1 引言

模具被称为工业之母D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。随着塑料及其产品需求的快速发展，塑料模具近年来已成为模具行业产量更大的品种。注射模具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。Cr13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，具有硬度均匀、抛光性能好的特点。相应的德国材料品牌是DIN 1.2083年。经过特定的热处理工艺，4Cr洛式材料的更高硬度值为50~55HRC，在一定的抛光工艺下，模具表面可达到高镜面效果[2]，对氯氟等气体具有良好的耐腐蚀性和良好的机械加工性能。因此，它受到大多数模具钢用户的青睐，是大量先进的耐腐蚀塑料模具钢之一。随着模具上下游企业降低模具成本的呼声，近年来出现了在线预硬化而不是离线质量调整的热处理工艺。在线预硬化是指模具扁钢轧制后的直接淬火工艺。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。2 试验材料及方法

本文的研究对象是某厂生产的 4Cr耐腐蚀塑料模具钢的成分如表1所示。

可根据使用目的使用4Cr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。

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。3 检验结果

（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)图1分析金相显微镜下不同组织的具体成分a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显微硬度试验分别由

两个组织进行，结果为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式

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 结果分析

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%。

钢液铸造后，随着温度的降低，钢水从外到内、从下到上逐渐凝固。由于晶体选择的特点，**个凝固区以分支晶体的形式生长。随着内部凝固，钢液温度梯度降低，钢液凝固时间长，分支晶体充分生长，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4Cr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

4Cr即使使用1060，13钢也是过分析钢，在退火组织中碳化物含量较高℃~1,100℃奥氏体化的温度，钢中的碳化物不能完全溶解。但由于淬火温度高于1100℃当钢中残留的奥氏体较多时，淬火硬度降低，传统淬火温度一般为1050℃加热[4]。

在线预硬化是指模具钢轧制后直接淬火，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，仍不同于传统的调质。图4为电渣重熔4Cr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颗粒状碳化物，细致均匀。可用于光照相机、太阳镜等光学产品，以及注射器、分析瓶等医疗器械产品。

5 结论

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，可减少组织差异，可用于一般要求的塑料模具钢，经济耐腐蚀。

如果注射模具要求具有较高的抛光性、耐腐蚀性和较高的塑料零件表面质量，可以选择电渣重熔钢，离线质量调整较好。

—The End—

月刊《模具制造》

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