低碳馬氏體在模具中的應用
通常模具用鋼都採用合金工具鋼、碳素工具鋼和高速工具鋼，其淬火後的組織主要是孿晶的亞結構，有顯微裂紋的高碳針狀、片狀馬氏體。由於含碳量較高，碳化物形成元素較多，鋼中不可避免的會存在網狀、帶狀和鏈狀碳化物，往往造成模具在使用中脆性斷裂。由於低碳馬氏體亞結構是位錯，具有較高的強度(硬度為45hrc～50hrc，屈服強度為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點。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，是提高模具強韌性、延長模具使用壽命的關鍵。目前發展方向是低碳結構鋼的淬火組織希望得到全部板條馬氏體，以保證高的強韌性;對高碳鋼傾向於降低碳含量或儘量降低淬火温度來減少孿晶馬氏體數量，以保證材料的韌性;對中碳合金鋼則傾向於採用高温淬火，得到較多或全部低碳馬氏體組織，來提高斷裂韌性。
低碳馬氏體在塑料模具中的應用
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後進行滲碳、淬火和低温回火，使模具表面得到高碳細針狀回火馬氏體+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韌性(30hrc～45hrc)，用於製造各種要求耐磨性良好、形狀複雜、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
國外廣泛應用超低碳鋼冷擠壓成型工藝方法制造塑料模具。由於需要冷擠壓成型，除碳含量較低外，經軟化退火後，硬度較低(≤160hbs，擠壓複雜型腔時≤130hbs)，特別適合於冷塑性變形。這類鋼在冷擠壓成型後進行滲碳、淬火、回火。因此具有生產效率高、製造週期短、模具精度高等優點。典型的鋼種有美國p系列低碳模具鋼、德國x6crmo4鋼(≤0.07%c，質量分數，下同)和國產lj-08cr3nimov鋼(≤0.08%c)。
3 低碳馬氏體鋼(≤0.25%c)強韌性型塑料模具鋼
低碳馬氏體鋼包括低碳碳素鋼和低碳合金鋼經低碳馬氏體強烈淬火處理後，得到強韌性較高的低碳馬氏體組織，代替中碳鋼調質處理或低碳鋼滲碳、滲氮處理，適用製造各種塑料模具，可顯著模具製造週期，降低製造成本，提高使用壽命，在塑料模具熱處理中廣泛應用。
4 低碳馬氏體時效硬化型塑料模具鋼
(1)低碳馬氏體時效硬化鋼
該鋼具有較高的屈強比，良好的切削加工和焊接性能和熱處理工藝簡單等優點。典型鋼種是超低碳18ni鋼系列(≤0.03%c)，由於18ni鋼價格昂貴，在國內很少使用。近年來開發的06ni6crmovtial(簡稱06鋼，≤0.06%c)，屬低鎳、低碳馬氏體時效硬化鋼。該鋼經800℃～880℃加熱，水或油冷卻固溶處理，(500～540)℃×(4～8)h時效處理後的組織為低碳馬氏體+析出強化相ni3al、ni3ti、tic和tin，硬度為42hrc～45hrc，屈服強度1100mpa～1400mpa。06鋼通常用來製作的收錄機磁帶盒模具，其平均壽命>110萬件，是一種有發展前途的鋼種。
(2)國產低碳馬氏體析出(沉澱)硬化鋼
典型鋼種為25crni3moal和10ni3mncual(簡稱pms)，適用於製作對變形率要求<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830℃固溶處理後，硬度可達50hrc，540℃×4h時效處理後，硬度為39hrc～42hrc;pms鋼經870℃×1h固溶處理，510℃×4h時效處理後金相組織為低碳馬氏體基體上彌散分佈大量細小金屬間化合物，其硬度為40hrc～43hrc，抗拉強度為1000mpa～1300mpa。
5 低碳馬氏體耐蝕型塑料模具鋼
(1)低碳馬氏體不鏽鋼
主要鋼種為2cr13鋼(0.16%～0.25%c)和1cr17ni2鋼(0.11%～0.17%c)，適用於製造在腐蝕介質作用下的`塑料模具，透明塑料製品模具。
(2)低碳馬氏體析出(沉澱)硬化型不鏽鋼
典型鋼種為國產07cr16ni4cu3nb鋼(≤0.07%c，簡稱cr)，該鋼經1050℃淬火後獲得單一的低碳馬氏體組織，硬度為32hrc～35hrc，可以直接進行切削加工;經460℃～480℃時效處理後，硬度為42hrc～44hrc，良好的力學性能和抗蝕性。例如聚三氟氯乙烯閥門蓋模具，原採用45鋼鍍鉻處理模具，使用壽命為1000～4000件，後改用低碳馬氏體pcr鋼，壽命可達10000～20000件。
低碳馬氏體在冷作模具中的應用
1 低碳鋼冷作模具的低碳馬氏體強烈淬火
一些國家已在冷作模具鋼標準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);德國工具鋼種：21mncr5鋼(0.16%～0.24%c)、x6crmo4鋼(≤0.07%c)、15nicr18鋼(0.10%～0.17%c)。
國內也有不少應用低碳馬氏體鋼強烈淬火工藝製造冷作模具的實例。
(1)20鋼鋸齒鎖緊墊圈沖模 該冷沖模用於衝壓65mn鋼帶(179hbs～217hbs)。原採用t10鋼(48hrc～50hrc)，使用壽命<1500次;後採用cr12mov鋼(48hrc～50hrc)，使用壽命3000次;而採用20鋼(46hrc～48hrc)，使用壽命高達3～4萬次，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鋼剪板機刀片螺栓鍛件胎模衝頭 曾選用gcr15、9sicr、t8及45鋼，由於工件有咬模、粘模現象發生，鍛坯很難從模具中衝出，致使衝頭產生塑性變形、彎曲和斷裂，壽命較短，每10件衝頭約衝螺栓800～1200件;而採用q235鋼做衝頭材料，經950℃×5min鹽爐加熱，10%nacl鹽水冷卻淬火後不回火直接使用，硬度為36hrc～40hrc，每10件衝頭能衝螺栓2000件以上，而且失效形式為塑性變形，消除了衝頭使用中碎裂現象，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模 原採用crwmn鋼淬火回火後，硬度為45hrc～50hrc，儘管硬度要求在冷擠壓模中較低，但是由於crwmn鋼碳化物不均勻性比較嚴重，很難避免網狀、帶狀碳化物，因此造成崩刃、開裂而早期失效，使用壽命僅為1000多件，有的僅幾百件甚至幾十件。選用20crmnti鋼製作d16、d20鋁套冷擠壓模，經950℃加熱鹽水淬火後，不回火直接使用，模具硬度為46hrc～48hrc，壓制鋁套2000多件，仍在繼續使用。
(4)20cr鋼冷作模具 該鋼經滲碳淬火表面強化處理後，可使模具表面獲得細針狀回火馬氏體，硬度為58hrc～62hrc;心部獲得低碳馬氏體組織，硬度35hrc～40hrc，基體強韌性高，可滿足冷作模具高硬度、高強度、高韌性的使用性能要求。例如，汽車軟管鋅合金接頭八角模衝頭，硬度要求58hrc～62hrc。原採用cr12mov鋼製造的八角模的壽命很短，往往不到2000件就斷裂;把衝頭材料換成20cr鋼並經滲碳處理後，滲層深1.0mm～1.2mm，硬度為60hrc～62hrc，使用壽命提高到3萬件。
2 中碳合金鋼冷作模具的低碳馬氏體高温淬火
對於中碳合金鋼冷作模具，可以通過提高奧氏體化温度，使奧氏體晶粒更加均勻細化，碳含量趨於減少，ms點升高，從而獲得更多的低碳馬氏體組織，提高模具的強韌性，有利於延長冷作模具的使用壽命。
(1)5crmnmo鋼冷鐓機螺母冷鐓模的高温淬火 將5crmnmo鋼的淬火温度提高到900℃～950℃，可得到幾乎是單一的低碳馬氏體組織。例如，用5crmnmo鋼製作的z41.24型多工位冷鐓機螺母冷鐓模，經900℃～930℃加熱，180℃分級淬火，200℃×2次低温回火處理後，使用壽命比cr12mov鋼的提高2.6倍，可完全取代t10a、9crsi、cr12mov鋼製造較大截面的冷鐓模。
(2)60si2mna鋼冷鐓螺帽4序沖模的高温淬火 60si2mna鋼在高温淬火後，組織中板條馬氏體數量增多，甚至可以獲得全部板條馬氏體組織，有較高的斷裂韌度、衝擊韌度和優良的耐磨性。60si2mna鋼製冷鐓螺帽4序沖模，經920℃～950℃淬火後，使用壽命比正常温度淬火的模具提高了2倍左右。
(3)5crw2si鋼冷剪切模的高温淬火 5crw2si鋼冷剪切模，經950℃淬火和250℃回火後，得到板條馬氏體加少量均勻細化的碳化物和分佈在板條馬氏體邊界的細小殘留奧氏體的組織，可顯著提高冷剪切模剪刃的強度和韌性，壽命提高1.5～5倍。
3 高碳鋼冷作模具的低碳馬氏體低温淬火
高碳鋼冷作模具淬火温度愈低，奧氏體固溶碳含量也愈低，ms温度愈高，低碳馬氏體數量愈多。因此模具具有較高的耐磨性和強韌性，變形和開裂的機率很小。
(1)t10a鋼冷鐓模低温短時加熱淬火 t10a鋼冷鐓模(光衝)，按原工藝(780℃×20min鹽浴加熱淬火)處理時獲得孿晶馬氏體組織，存在顯微裂紋，在衝擊載荷作用下，由於韌性差，常產生崩刃。現採用750℃×14min鹽浴加熱淬火，200℃回火處理後，可以得到細小的片狀馬氏體和50%(體積分數)以上的低碳馬氏體，減少了顯微裂紋，在保證高硬度的同時，具有較高韌性，從而提高使用壽命近一倍。
(2)crwmn鋼製小型模具的低温淬火 一般用crwmn鋼製造生產手錶用的小型凸模，經常規熱處理後模具的。
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