新型环保纸模制品用不锈钢模具材料的开发

纸模制品是一项新兴的绿色环保型产品，其产品具有生产工艺简练，无污染，易降解，可回收再生利用的特点。目前可应用的纸模模具大致有合金工具钢模具、不锈钢模具、铝合金模具以及铜合金模具等。随着纸模制品性能的不断提高，人们对纸模模具的性能要求已日益增强。模具从开发设计到使用过程由于周期较长且投入大，因而不断提高纸模模具的质量和使用寿命，成为人们关注的焦点。对于新型环保纸模模具的研究成为必然趋势。 不锈钢中含Cr可以使得钢的表面形成薄膜，这一层薄膜起到耐腐蚀的作用。由于纸模用模具通常需要与一定酸碱度的浆液进行接触，因而，必须具有良好的耐腐蚀性能。科研人员针对纸模制品用模具的要求，开发了新型纸模制品用不锈钢模具材料，并研究了模具的相关性能，为纸模模具的选用提供技术参数。 本试验设计了A1和A2两组不锈钢模具用钢，Y4模具钢为国产商用模具钢，其成分如表1。试验用钢利用50kg真空中频感应炉采用不氧化熔炼工艺进行熔炼，采用冲入法对钢液进行净化、孕育和变质处理。熔炼后的钢锭经锻造后，得到试验用钢，再将试验用钢进行热处理得到最终的不锈钢模具样品。在锻造过程中，加热温度为1100～1150℃，开始锻造温度为1040～1080℃，终锻温度大于860℃。热处理过程中的淬火温度分别为950、1000、1050、1100、1150℃，保温时间为25min，然后油冷淬火到室温。淬火后采用一次回火和二次回火进行处理，一次回火温度为200、300、400℃，回火处理120min，二次回火温度分别为500、600℃，每次处理时间为60min。对试样进行拉伸性能、冲击性能、硬度值测试；用金相显微镜观察样品组织；采用扫描电子显微镜对样品的微观形貌进行观察分析。 表1 试验用新型不锈模具钢和普通商用模具钢的化学成分（质量分数，%） 钢种 C Cr Mo Si Mn P S V A1（45Cr12MoV） 0.45 12.5 0.41 0.62 0.32 ＜0.03 ＜0.03 0.22 A2（85Cr10MoV） 0.85 10.5 0.91 0.95 0.35 ＜0.03 ＜0.03 0.25 Y4（42Cr3Mo2MnV1） 0.42 2.85 2.11 0.42 1.02 ＜0.03 ＜0.03 1.01 结果表明： （1）试验设计了两组不锈钢模具与国产商用模具钢进行对比，研究了热处理工艺对不锈钢模具性能的影响规律。试验表明，A1和A2不锈钢模具力学性能指标部分优于Y4模具钢。 （2）模具钢硬度值随淬火温度的升高呈现先增加后减小趋势，随回火温度的升高总体呈现先减小后升高再降低趋势。最佳热处理工艺为1050℃淬火+500℃二次回火处理的A1模具钢的抗拉强度为1712.3MPa、屈服强度为1476.5MPa、延伸率为7.8%、HRC硬度值为69.3以及冲击功为7.3J。 （3）对不锈钢模具的微观组织分析表明，淬火+回火处理后模具钢的二次硬化能提升模具钢的硬度值，而回火过程中碳化物的长大以及分布不均匀容易造成冲击韧性的降低。