高耐蚀塑料模具钢1.2316MOD显微组织及硬度研究

王勇胜，吴 鹏，叶世圣，郭立波

（1.东特股份技术中心，辽宁大连 116105；2.东特股份第二轧钢厂，辽宁大连 116105；3.东特股份总工办，辽宁大连 116105）

1 引言

随着家用电器、消费电子产品等各行业的不断推陈出新，与之相对应的注塑行业的发展与迭代也愈加变快，注塑用模具钢材料的市场规模也发展迅速，成为了模具行业用量最大的一个钢种类别，且品种序列发展成熟，各个国家都有了成系统的塑料模具钢品种。并且随着塑件材质的不同，发展出不同的塑料模具钢专用品种。

由于调质后具有高耐磨、良好的抗腐蚀性、优良的抛光性及机械加工性能等，以4Cr13（德国材料号DIN 1.2083）为代表的中碳高铬型耐蚀塑料模具钢，深受广大模具钢用户青睐。

但是，在生产特殊材质的塑料制品（如氟塑料、阻燃ABS，在ABS塑料中加入阻燃剂等）时，塑件分解出的腐蚀性气体（如氟化氢和二氧化硫等），对模具型腔有强烈的腐蚀作用。因此，在这些工作环境下的模具应选用较4Cr13更耐腐蚀的模具钢材料[1]。

通常情况下，为使模具材料具有高的耐磨性质，需要钢中存在一定量的合金碳化物。但是，C元素的升高会使钢对晶间腐蚀、点腐蚀的敏感性急剧上升，因此需要增加Cr的含量，以平衡C元素的影响，提高钢的钝化膜修复能力；Mo可使钢的耐点腐蚀性提高[2]，稳定不锈钢的钝化膜，提高回火稳定性；Ni可以增加钢的淬透性，提高韧性；V可以形成弥散碳化物颗粒，并且细化晶粒，提高强韧性配合。

2 试验材料与方法

本文研究对象为某厂生产的基于DIN1.2316的Cr17型耐蚀塑料模具钢1.2316MOD，其名义成分如表1所示。

表1 化学成分%

为了研究该钢种的组织及性能，开展热处理试验：

1,030℃淬火（水）后，进行300℃～700℃之间不同温度回火（30min），进行硬度检测，并观察组织形貌，进行碳化物组分分析，之后进行相应温度下二次回火及硬度、组织检测。

3 检验结果

3.1 淬火及回火后硬度检测结果

进行1,030℃淬火后，该钢淬火硬度为45HRC。其淬火组织形貌如图1所示。随后进行300℃～700℃一次回火，依据回火后硬度制成温度-硬度曲线，如图2所示。

图1 1.2316MOD淬火组织形貌

图2 1.2316MOD硬度-回火温度曲线

3.2 不同温度回火的显微组织检测结果

对不同温度一次回火后的试样进行金相组织检测，其显微组织形貌如图3所示。

图3 1.2316MOD回火组织形貌

3.3 扫描电镜检测结果

进行回火后试样碳化物分析，其扫描电镜形貌及成分如图4所示。

图4 1.2316MOD碳化物扫描电镜形貌及成分分析

3.4 二次回火的硬度及显微组织检测结果

进行575～700℃二次回火，与相应温度的一次回火硬度制成温度-硬度曲线，并进行显微组织分析，结果如图5、图6所示。

图5 1.2316MOD一次回火及二次回火硬度曲线

图6 1.2316MOD二次回火显微组织形貌

4 结果分析及讨论

4.1 淬火组织分析

图1所示为1.2316MOD钢在1,030℃淬火后的组织形貌。由图1可见，该钢淬火条件下的显微组织主要为淬火马氏体、铁素体及在此基体上分布着的碳化物。在光学显微镜下，组织中的铁素体呈多边形白亮块，碳化物呈弥散的颗粒状。

4.2 回火组织分析

300℃回火后，1.2316MOD钢基体为回火马氏体，显微组织中的铁素体及碳化物没有发生明显转变。另外，由于使用的回火温度较低，主要合金元素没有从固溶体中析出，因此硬度没有变化，硬度检测也证实了这一点。

随后进行的400℃～500℃回火，硬度也没有发生下降，说明该钢在500℃以下的回火稳定性较强，在此温度区间内回火没有发生明显的碳元素及合金元素的分解。但是在450℃回火时，可见出现二次硬化效应，这主要是受残余奥氏体的继续转变和碳化物的析出共同作用的结果[3]。

随着回火温度提高到525℃，钢硬度开始下降，淬火基体组织开始发生分解，马氏体中开始析出较多的球状碳化物（见图3、图4、图5）。

当进一步提高回火温度，基体组织中析出的碳化物开始明显地聚集长大。在650℃进行回火时，钢的硬度降至32.5HRC，此硬度基本符合一般模具要求的硬度范围，而且此时抛光性能及耐腐蚀性能良好。通过碳化物成分分析可见，钢中的碳化物类型为富铬的M7C3型碳化物或M23C6型碳化物。

4.3 合金元素含量对于组织及硬度的影响探讨

合金钢的主要合金元素中，Mo、V、Si等可促进铁素体的形成，当Cr＞7%时也可促进铁素体的形成。另外，钢中的合金元素主可形成6种碳化物，分别为MC型、M2C型、M3C型、M6C型、M7C3型、M23C6型，其中M23C6最不稳定。

Ti、V、Nb等与碳元素可形成稳定的碳化物，这种碳化物熔点很高，一般加热至900℃～1,000℃时完全不溶于奥氏体，以细小弥散的碳化物颗粒形式存在，如本钢种在1,030℃淬火后可见的一次碳化物即属于本类型碳化物。在钢的加热转变过程中，这其钉扎在晶界上，可阻碍奥氏体晶粒的长大，降低过热倾向。

在300℃～500℃回火时，本钢种的硬度没有发生下降，说明此时没有发生明显的马氏体中碳元素及合金元素的分解。继续升高回火温度时，碳原子和合金原子获得更多的扩散迁移能，马氏体晶格畸变能得到释放，硬度得以降低。

5 结论

1.2316 MOD钢淬火组织为马氏体+铁素体+碳化物，该钢在650℃进行回火时，硬度及组织基本符合一般模具的使用要求。如需其它调质硬度，需根据回火曲线调整回火温度。

以本钢种为代表的Cr17型不锈钢在塑料橡胶等行业应用广泛[4～5]，主要用于有更高耐腐蚀性能要求的模具注塑行业。