通常模具用鋼都采用合金工具鋼、碳素工具鋼和高速工具鋼，其淬火后的組織主要是孿晶的亞結(jié)構(gòu)，有顯微裂紋的高碳針狀、片狀馬氏體。由于含碳量較高，碳化物形成元素較多，鋼中不可避免的會(huì)存在網(wǎng)狀、帶狀和鏈狀碳化物，往往造成模具在使用中脆性斷裂。由于低碳馬氏體亞結(jié)構(gòu)是位錯(cuò)，具有較高的強(qiáng)度(硬度為45hrc～50hrc，屈服強(qiáng)度為1000mpa～1300mpa)、良好的塑性(δ5≥10%，ψ≥40%)和韌性(akv≥59j)以及良好的冷加工性、可焊性和熱處理畸變小等優(yōu)點(diǎn)。因此，如何使模具鋼的淬火組織中得到更多的、甚至全部低碳馬氏體，是提高模具強(qiáng)韌性、延長(zhǎng)模具使用壽命的關(guān)鍵。目前發(fā)展方向是低碳結(jié)構(gòu)鋼的淬火組織希望得到全部板條馬氏體，以保證高的強(qiáng)韌性;對(duì)高碳鋼傾向于降低碳含量或盡量降低淬火溫度來(lái)減少孿晶馬氏體數(shù)量，以保證材料的韌性;對(duì)中碳合金鋼則傾向于采用高溫淬火，得到較多或全部低碳馬氏體組織，來(lái)提高斷裂韌性。

　低碳馬氏體在塑料模具中的應(yīng)用

      1　低碳馬氏體滲碳型塑料模具鋼

　　低碳鋼、低碳合金鋼模具在成形后進(jìn)行滲碳、淬火和低溫回火，使模具表面得到高碳細(xì)針狀回火馬氏體+顆粒狀碳化物+少量殘留奧氏體，心部組織主要為低碳馬氏體。從而保證了模具表面具有高硬度(58hrc～62hrc)、高耐磨性，而心部具有較高的強(qiáng)韌性(30hrc～45hrc)，用于制造各種要求耐磨性良好、形狀復(fù)雜、承受載荷較高的塑料成形模具。

　　2　超低碳冷擠壓成型塑料模具鋼

　　國(guó)外廣泛應(yīng)用超低碳鋼冷擠壓成型工藝方法制造塑料模具。由于需要冷擠壓成型，除碳含量較低外，經(jīng)軟化退火后，硬度較低(≤160hbs，擠壓復(fù)雜型腔時(shí)≤130hbs)，特別適合于冷塑性變形。這類鋼在冷擠壓成型后進(jìn)行滲碳、淬火、回火。因此具有生產(chǎn)效率高、制造周期短、模具精度高等優(yōu)點(diǎn)。典型的鋼種有美國(guó)p系列低碳模具鋼、德國(guó)x6crmo4鋼(≤0.07%c，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)和國(guó)產(chǎn)lj-08cr3nimov鋼(≤0.08%c)。

　　3　低碳馬氏體鋼(≤0.25%c)強(qiáng)韌性型塑料模具鋼

　　低碳馬氏體鋼包括低碳碳素鋼和低碳合金鋼經(jīng)低碳馬氏體強(qiáng)烈淬火處理后，得到強(qiáng)韌性較高的低碳馬氏體組織，代替中碳鋼調(diào)質(zhì)處理或低碳鋼滲碳、滲氮處理，適用制造各種塑料模具，可顯著模具制造周期，降低制造成本，提高使用壽命，在塑料模具熱處理中廣泛應(yīng)用。

    
    4　低碳馬氏體時(shí)效硬化型塑料模具鋼

    　(1)低碳馬氏體時(shí)效硬化鋼

　　該鋼具有較高的屈強(qiáng)比，良好的切削加工和焊接性能和熱處理工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。典型鋼種是超低碳18ni鋼系列(≤0.03%c)，由于18ni鋼價(jià)格昂貴，在國(guó)內(nèi)很少使用。近年來(lái)開(kāi)發(fā)的06ni6crmovtial(簡(jiǎn)稱06鋼，≤0.06%c)，屬低鎳、低碳馬氏體時(shí)效硬化鋼。該鋼經(jīng)800℃～880℃加熱，水或油冷卻固溶處理，(500～540)℃×(4～8)h時(shí)效處理后的組織為低碳馬氏體+析出強(qiáng)化相ni3al、ni3ti、tic和tin，硬度為42hrc～45hrc，屈服強(qiáng)度1100mpa～1400mpa。06鋼通常用來(lái)制作的收錄機(jī)磁帶盒模具，其平均壽命>110萬(wàn)件，是一種有發(fā)展前途的鋼種。

　　(2)國(guó)產(chǎn)低碳馬氏體析出(沉淀)硬化鋼

　　典型鋼種為25crni3moal和10ni3mncual(簡(jiǎn)稱pms)，適用于制作對(duì)變形率要求<0.05%，鏡面要求或表面要求光刻花紋工藝的精密鏡面塑料模具。其中25crni3moal鋼經(jīng)830℃固溶處理后，硬度可達(dá)50hrc，540℃×4h時(shí)效處理后，硬度為39hrc～42hrc;pms鋼經(jīng)870℃×1h固溶處理，510℃×4h時(shí)效處理后金相組織為低碳馬氏體基體上彌散分布大量細(xì)小金屬間化合物，其硬度為40hrc～43hrc，抗拉強(qiáng)度為1000mpa～1300mpa。

　　5　低碳馬氏體耐蝕型塑料模具鋼

                               
      (1)低碳馬氏體不銹鋼

　　主要鋼種為2cr13鋼(0.16%～0.25%c)和1cr17ni2鋼(0.11%～0.17%c)，適用于制造在腐蝕介質(zhì)作用下的塑料模具，透明塑料制品模具。

　　(2)低碳馬氏體析出(沉淀)硬化型不銹鋼

　　典型鋼種為國(guó)產(chǎn)07cr16ni4cu3nb鋼(≤0.07%c，簡(jiǎn)稱cr)，該鋼經(jīng)1050℃淬火后獲得單一的低碳馬氏體組織，硬度為32hrc～35hrc，可以直接進(jìn)行切削加工;經(jīng)460℃～480℃時(shí)效處理后，硬度為42hrc～44hrc，良好的力學(xué)性能和抗蝕性。例如聚三氟氯乙烯閥門(mén)蓋模具，原采用45鋼鍍鉻處理模具，使用壽命為1000～4000件，后改用低碳馬氏體pcr鋼，壽命可達(dá)10000～20000件。

　　低碳馬氏體在冷作模具中的應(yīng)用

　　1　低碳鋼冷作模具的低碳馬氏體強(qiáng)烈淬火

　　一些國(guó)家已在冷作模具鋼標(biāo)準(zhǔn)中列入了低碳馬氏體鋼(≤0.25%c)，例如在iso4957.1999《冷作合金工具鋼》中有下列鋼種：5crmo4鋼(≤0.07%c)、7crmoni2鋼(≤0.10%c)、20cr13鋼(0.16%～0.25%c);德國(guó)工具鋼種：21mncr5鋼(0.16%～0.24%c)、x6crmo4鋼(≤0.07%c)、15nicr18鋼(0.10%～0.17%c)。

　　國(guó)內(nèi)也有不少應(yīng)用低碳馬氏體鋼強(qiáng)烈淬火工藝制造冷作模具的實(shí)例。

　　(1)20鋼鋸齒鎖緊墊圈沖?！≡摾錄_模用于沖壓65mn鋼帶(179hbs～217hbs)。原采用t10鋼(48hrc～50hrc)，使用壽命<1500次;后采用cr12mov鋼(48hrc～50hrc)，使用壽命3000次;而采用20鋼(46hrc～48hrc)，使用壽命高達(dá)3～4萬(wàn)次，其處理工藝為：(910±10)℃加熱，10%nacl鹽水冷卻，不回火直接使用，而且成本低廉。

　　(2)q235鋼剪板機(jī)刀片螺栓鍛件胎模沖頭　曾選用gcr15、9sicr、t8及45鋼，由于工件有咬模、粘?，F(xiàn)象發(fā)生，鍛坯很難從模具中沖出，致使沖頭產(chǎn)生塑性變形、彎曲和斷裂，壽命較短，每10件沖頭約沖螺栓800～1200件;而采用q235鋼做沖頭材料，經(jīng)950℃×5min鹽爐加熱，10%nacl鹽水冷卻淬火后不回火直接使用，硬度為36hrc～40hrc，每10件沖頭能沖螺栓2000件以上，而且失效形式為塑性變形，消除了沖頭使用中碎裂現(xiàn)象，保證了操作者的人身安全。

  (3)20crmnti鋼壓制鋁套冷擠壓模　d16、d20型壓制鋼絲繩鋁套冷擠壓?！≡捎胏rwmn鋼淬火回火后，硬度為45hrc～50hrc，盡管硬度要求在冷擠壓模中較低，但是由于crwmn鋼碳化物不均勻性比較嚴(yán)重，很難避免網(wǎng)狀、帶狀碳化物，因此造成崩刃、開(kāi)裂而早期失效，使用壽命僅為1000多件，有的僅幾百件甚至幾十件。選用20crmnti鋼制作d16、d20鋁套冷擠壓模，經(jīng)950℃加熱鹽水淬火后，不回火直接使用，模具硬度為46hrc～48hrc，壓制鋁套2000多件，仍在繼續(xù)使用。

　　(4)20cr鋼冷作模具　該鋼經(jīng)滲碳淬火表面強(qiáng)化處理后，可使模具表面獲得細(xì)針狀回火馬氏體，硬度為58hrc～62hrc;心部獲得低碳馬氏體組織，硬度35hrc～40hrc，基體強(qiáng)韌性高，可滿足冷作模具高硬度、高強(qiáng)度、高韌性的使用性能要求。例如，汽車(chē)軟管鋅合金接頭八角模沖頭，硬度要求58hrc～62hrc。原采用cr12mov鋼制造的八角模的壽命很短，往往不到2000件就斷裂;把沖頭材料換成20cr鋼并經(jīng)滲碳處理后，滲層深1.0mm～1.2mm，硬度為60hrc～62hrc，使用壽命提高到3萬(wàn)件。

　　2　中碳合金鋼冷作模具的低碳馬氏體高溫淬火

　　對(duì)于中碳合金鋼冷作模具，可以通過(guò)提高奧氏體化溫度，使奧氏體晶粒更加均勻細(xì)化，碳含量趨于減少，ms點(diǎn)升高，從而獲得更多的低碳馬氏體組織，提高模具的強(qiáng)韌性，有利于延長(zhǎng)冷作模具的使用壽命。

　　(1)5crmnmo鋼冷鐓機(jī)螺母冷鐓模的高溫淬火　將5crmnmo鋼的淬火溫度提高到900℃～950℃，可得到幾乎是單一的低碳馬氏體組織。例如，用5crmnmo鋼制作的z41.24型多工位冷鐓機(jī)螺母冷鐓模，經(jīng)900℃～930℃加熱，180℃分級(jí)淬火，200℃×2次低溫回火處理后，使用壽命比cr12mov鋼的提高2.6倍，可完全取代t10a、9crsi、cr12mov鋼制造較大截面的冷鐓模。

　　(2)60si2mna鋼冷鐓螺帽4序沖模的高溫淬火　60si2mna鋼在高溫淬火后，組織中板條馬氏體數(shù)量增多，甚至可以獲得全部板條馬氏體組織，有較高的斷裂韌度、沖擊韌度和優(yōu)良的耐磨性。60si2mna鋼制冷鐓螺帽4序沖模，經(jīng)920℃～950℃淬火后，使用壽命比正常溫度淬火的模具提高了2倍左右。

　　(3)5crw2si鋼冷剪切模的高溫淬火　5crw2si鋼冷剪切模，經(jīng)950℃淬火和250℃回火后，得到板條馬氏體加少量均勻細(xì)化的碳化物和分布在板條馬氏體邊界的細(xì)小殘留奧氏體的組織，可顯著提高冷剪切模剪刃的強(qiáng)度和韌性，壽命提高1.5～5倍。

       
     3　高碳鋼冷作模具的低碳馬氏體低溫淬火

　　高碳鋼冷作模具淬火溫度愈低，奧氏體固溶碳含量也愈低，ms溫度愈高，低碳馬氏體數(shù)量愈多。因此模具具有較高的耐磨性和強(qiáng)韌性，變形和開(kāi)裂的幾率很小。

　　(1)t10a鋼冷鐓模低溫短時(shí)加熱淬火　t10a鋼冷鐓模(光沖)，按原工藝(780℃×20min鹽浴加熱淬火)處理時(shí)獲得孿晶馬氏體組織，存在顯微裂紋，在沖擊載荷作用下，由于韌性差，常產(chǎn)生崩刃?，F(xiàn)采用750℃×14min鹽浴加熱淬火，200℃回火處理后，可以得到細(xì)小的片狀馬氏體和50%(體積分?jǐn)?shù))以上的低碳馬氏體，減少了顯微裂紋，在保證高硬度的同時(shí)，具有較高韌性，從而提高使用壽命近一倍。

　　(2)crwmn鋼制小型模具的低溫淬火　一般用crwmn鋼制造生產(chǎn)手表用的小型凸模，經(jīng)常規(guī)熱處理后模具的。