随着制造业的不断发展,对模具的冶金质量、品种、数量和性能的要求不断提高,出现了高合金、高质、优化、普通材料强化及扩展材料应用范围等趋势,并相继出现了一些新型模具材料。模具的工作环境对模具材料的性能要求愈来愈高,在一些化学腐蚀条件下工作的模具应具有耐蚀性;在强磁场中工作的模具不能产生感应;一些要求耐高温又要耐腐蚀的热作模具,以及一些耐腐蚀的精密塑料模具所需要的材料都不是一般模具钢所能满足的,它需要模具钢具有特殊性能,而不锈钢正是具备以上性能并能满足需要的钢材。从而也为不锈钢的发展开辟了新的应用途径,而且促进了模具工业的发展。
1. 马氏体不锈钢
在化学腐蚀环境中工作的模具,必须具有耐蚀性,而且还要求具有一定的硬度、强度和耐磨性能等,这类要求高硬度的模具一般选用马氏体不锈钢制造,常用的马氏体不锈钢有2Cr13、3Cr13、4Cr13、3Cr17Mo、9Cr18、9Cr18Mo、Cr14Mo4V和1Cr17N2等。下面根据硬度的要求介绍几种不锈钢。
a. 中碳高铬耐蚀马氏体不锈钢
这类钢要求硬度在50~55HRC。典型的不锈钢为4Cr13,该钢为中碳马氏体不锈钢,热处理后具有较高的硬度和耐磨性,且抗大气和水蒸气腐蚀,可用于制造要求一定耐蚀性的塑料模具。该钢的淬火温度一般选择1050℃,淬透性好。对于小型塑料模具,淬火时可用空气冷却,以减少模具的热处理变形;而对于尺寸较大的模具可采用油淬,淬火后的模具一般采用200～300℃回火，回火后硬度为50～53HRC。适宜制造承受高负荷、高耐磨及腐蚀介质作用下的塑料模具。
b. 高碳高铬型不锈钢
对于要求较高硬度、较高耐磨性的耐蚀塑料模具可选择高碳高铬型不锈钢，如9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo和 Cr14MoV 等。以Cr14MoV钢为例，其w(C)=1.0%~1.11.15％，该钢具有较好的淬透性，淬火温度一般选择为1100～1120℃油冷，硬度≥58HRC，回火温度为500℃，保温2h，回火4次，其硬度≥60HRC。该钢具有高硬度、高耐磨性和良好的耐蚀性，高温硬度也较高，适宜制造在腐蚀介质作用下承受高负荷、高耐磨的塑料模具。
c. 低碳铬镍型耐蚀不锈钢
1Cr17Ni2钢属于马氏体型不锈耐酸钢，对于氧化酸类（一定温度、浓度的硝酸，大部分的有机酸）以及盐类的水溶液有良好的耐蚀性；该钢有较高的强度和适宜的硬度，耐蚀性比4Cr13钢好，因此要求耐蚀性高的塑料模具，仍然有一部分采用该型号不锈钢制造。
1Cr17Ni2钢的淬火温度范围为950～1050℃，油冷。淬火后低温回火或高温回火均有较好的耐蚀性，淬火后经200～300℃回火，钢的硬度为38～40HRC，如通过冷处理，可使奥氏体继续转变为马氏体，硬度可提高到42～48HRC。基体组织为回火索氏体，具有较好的强度和韧度配合，而且也有较高的耐蚀性。该类钢还可以通过渗氮处理，提高耐磨性、抗咬合能力和模具的使用寿命。
1Cr17Ni2 钢主要用于耐腐蚀、高精度的塑料模具。
2. 沉淀硬化型不锈钢
马氏体不锈钢模具在热处理过程中会产生变形，这是模具热处理三大难题之一（变形、开裂、淬硬）。如何既保持模具的加工精度，又使模具具有较高硬度，对于复杂、精密、长寿命的耐蚀塑料模具，是模具材料面临的一个重要课题，为此国内研制和发展了一系列沉淀硬化不锈钢。常用的沉淀硬化不锈钢有：0Cr17Ni14Cu4Nb、0Cr17NiAl、0Cr15Ni17Mo4Al、0Cr12Ni4Mn5Mo3Al、1Cr14Co13Mo5V等。
例如，0Cr17Ni14Cu4Nb钢是一种马氏体沉淀硬化不锈钢，因碳含量低，耐蚀性优于马氏体不锈钢，而接近奥氏体不锈钢。该钢热处理工艺简单，固溶温度为1040℃，水冷，热处理后可获得单一板条状马氏体，硬度为32～34HRC，具有良好的切削加工性能，便于模具的加工成形，经460～480℃时效后，模具的硬度可达到40HRC，由于温度较低模具变形较小，硬度和强度皆有所提高，同时获得综合的力学性能。该类钢制模具可采用离子渗氮表面处理，表面硬度可达900HV以上，大大延长了模具的使用寿命。
沉淀硬化型不锈钢主要用于制造耐腐蚀、高精度的塑料模具。
3. 奥氏体不锈钢在热作模具上的应用
近年来，为了满足耐高温、耐蚀、抗氧化要求而引入的奥氏体不锈钢作为热作模具材料已经逐渐获得广泛的应用。这类钢一般都含有Ni、Mn等奥氏体形成元素，同时加入一定量的C、Cr等元素，使奥氏体变得更加稳定，钢始终保持奥氏体组织，其中Cr14Ni25Co2V、4Cr14Ni14W2Mo钢属于铬镍系奥氏体不锈钢。奥氏体钢的优点是组织比较稳定，在加热和冷却过程中均不发生相变，具有很高的高温强度和耐热性；缺点是线胀系数大，导热性差，降低了钢的热疲劳性能，不适宜作为强烈水冷的模具材料。
4Cr14Ni14W2Mo钢属于铬镍系奥氏体不锈钢。该钢在650℃以下有良好的力学性能；在600～800℃时，易因强烈的时效而强化；在800℃以下耐热不起皮；在900℃以下耐气体腐蚀能力高。该钢热处理工艺为：固溶温度1000～1100℃，水冷，组织为奥氏体；时效处理温度为750℃，空冷，组织为奥氏体。
4Cr14Ni14W2Mo钢抗氧化性好，可以用于钛合金蠕变成形模、强腐蚀性的玻璃成形模以及压铸用型芯等热作模具。
4. 奥氏体不锈钢在无磁模具中的应用
为了适应磁性制品的生产，人们用无磁模具钢制造无磁冷作模具和塑料模具，这种模具在强磁场中不会被磁化，保证了磁性制品在生产过程中即使被磁化，仍然容易脱模，从而有效地保证了生产的正常进行。
无磁模具钢包括奥氏体不锈钢和高锰系奥氏体钢。1Cr18Ni8Ti钢属于奥氏体型不锈钢，具有较高的抗晶间腐蚀性能，在各种状态下都能保持稳定的奥氏体组织，在强磁场中部产生磁感应。该钢的冷拉坯料退火温度为970℃，水冷；固溶温度为1030～1160℃水冷，组织为奥氏体；时效温度800℃保温10h，或时效温度700℃保温20h，组织为奥氏体＋碳化物。时效后强度和其他力学性能均有所提高，但硬度仍然较低（＜200HBW），为保证其耐磨性，一般还需进行渗氮处理。
1Cr18Ni8Ti钢经固溶后呈单相奥氏体组织，因此在强磁场中不产生感应，适宜制造无磁模具和耐蚀性的塑料模具。
5. 结束语
不锈钢种类较多，有奥氏体不锈钢、奥氏体＋铁素体（双相）型不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、沉淀硬化型不锈钢，其共同特点是不锈耐蚀。各类模具的服役条件差异较大，因此各类不锈钢的选择和应用需根据模具的生产条件和工作环境的需要，结合不锈钢材料的基本性能和相关因素，选择符合模具性能要求，经济上合理、技术上先进的不锈钢材料，从而提高产品的质量和模具的使用水平。
