多年以来，模座的发展主要集中于为用户提供具有更高机械性能的钢材上面，但即使用这些强度较高的合金，模具制造者的加工生产也并没有得到改善，其交付周期并没有缩短，生产能力也没有得到提高。一种合金含量经过优化的新型模座专用不锈钢已经被研发出来，这大幅改进了模座的可加工性和其他重要性能。
要想检验这种新型钢材的各项数据指标，就需要拿它来和市场上最为普遍的材料作比较，在抗腐蚀模座钢中，能够与之比较的就是420快削不锈钢，以及DIN(德国工业标准号)为1.2085和1.2099的钢材。本文将把这种新研发的模座专用不锈钢同以上这几种钢材做比较。
图1 模座专用快削优质不锈钢
市场对材料的需求
因为很多模具加工要用到模座，如果能够减少这些加工的用时和成本，就能节省大量的时间和资金。
钢材成分
现在市场需求明显青睐含碳量较低的预硬钢，而抗腐蚀和非抗腐蚀钢材都是预硬钢。这种新型抗腐蚀模座钢也不例外。(见表1)
图表1
钢等级
碳含量
硅含量
锰含量
铬含量
镍含量
钼含量
硫含量
氮含量
420 F SS模具钢
0.35
最大值1.0
最大值1.25
13.0
最大值0.6
最小值0.15
新型模座专用快削优质不锈钢
0.12
0.90
1.45
13.0
0.3
0.20
0.13
+
比较表
与常见的420快削不锈钢相比，这种专利材料的合金成分较低，从而能保持较好的抗腐蚀性，同时具有令人满意的可加工性，加入镍元素、钼元素和氮元素后很好地增强了其抗腐蚀性。但是加工过程中要严格控制加工因素，比如说钢锭尺寸和冷轧压下率，这些可能造成抗腐蚀性的差异，这是因为材料中的化学物质分离程度不同，会对材料的抗腐蚀性产生影响。其中硫的作用是增强钢的可加工性能。
钢材韧性甚至都会对可加工性产生重要影响，韧度较高的钢材通常更不容易加工。为了得到称心如意的特性，新型快削优质不锈钢的成分都要经过仔细调整。
钢材硬度
钢材硬度肯定会对强度，抗压痕性和可加工性产生影响。为了在优化可加工性的同时保持良好的机械强度以满足模具制造者和终端用户的需求，就需要确定一个硬度范围。
例如，材料供应商会提供硬度级别更高的钢材(硬度范围是320-350HB)。这种新型模座专用不锈钢的硬度等级范围是270-310HB。制造关键部件时可以修改级别，使用硬度更高的材料，即使这样与合金类材料相比仍有加工优势。
图2 厚度为180毫米的材料硬度变化曲线图
硬度范围很重要，但整个钢板的硬度均匀对模座制造者和用户来说同样很重要。如果在加工过程中遇到硬度较高的地方可加工性就会降低，遇到硬度过低的地方就会因为材料过软无法加工，而且硬度不均还能导致材料不稳定。图1所示为新型模座专用不锈钢材料厚度在180毫米内的硬度变化曲线图，从图中可以看出材料的硬度变化曲线很平稳，在180毫米厚的材料中硬度变化只有2HRC。这种硬度均匀度能够把钻削和攻丝时遇到的黏性降到最低，同时最大限度地减少钢材中的硬度过高点，减少材料的硬度差别。
加工性能
可加工性是决定模座制作成本的最重要的特性，但是要想测试并且界定其范围是相当困难的。不同的加工刀具和参数都对模具钢的可加工性有影响，因此需要仔细定义加工参数。钢材的硬度值也会对其可加工性产生影响，通常硬度较高的钢材更难加工。
图3 使用涂层硬质合金刀具铣削：测试的目的是算出能够达到的最高切削速度，即在刀具磨损前的金属除去量达到5000立方厘米。这种新型模座专用优质不锈钢，无论硬度值最高还是最低，都能带来良好的铣削速度。
铣削和钻削测试包括用涂层硬质合金刀具进行腔型铣削以及用未涂层高速钢钻头钻削(见图3和图4)。
还要进行枪钻测试。枪钻很难操作，并且对加工成本有很大的影响。
使用的加工参数：
机床类型：Willy Degen UTB 600H
钻头类型：8x950毫米，BRK K15未涂层钻头
加工深度：350-400毫米
钻削速度：60米/分(2400转/分)
进给速率：0.015/转(36毫米/分)
冷却剂：油压62.5 bar
这种模座专用优质不锈钢加工不需重磨钻头就可实现钻削距离20米。在钻削具有相同硬度的420 F不锈钢时，钻削距离达到15米后，需要重磨钻头。测试在钻削距离达到20米时停止。
稳定性
在其他测试中这种材料也显示了良好的铣削和钻削稳定性。这种材料在加工过程中几乎不会发生移动，这样就把为了符合图纸尺寸要求而进行的填充和返工次数降到了最低。
图4 用未涂层高速钢钻头钻削。测试的目的就是要找到最高钻削速度，即在钻头磨损前钻削距离达到1米。模座专用优质不锈钢的化学成分、加工工艺以及硬度都使得其可钻削加工性能得到改进。
应用测试结果
进一步测试表明这种模座专用不锈钢的可加工性和稳定性与市场上最适宜加工的钢材相比有过之而无不及。与加工再硫化高硬度级别的钢材相比，所用铣削刀具的寿命延长了3倍，最大切削宽度也有所增加，并且铣削速度增加了20%。各种测试表明这种钢的加工性能优良，测试包括面铣削、高速铣削、精铣削、钻削、攻丝和钻孔。
图5 经过人工气候室测试后将再硫化420快削不锈钢与这种模座专用不锈钢作比较，在这种腐蚀环境下，新型钢材表现出更好的抗腐蚀效果。
焊接性能
有时因为设计变化或者加工失误需要用到焊接，这会改变材料的构成。此时需要考虑的因素有：如何焊接才能把对材料构成的影响降到最低;要选择适合焊接材料构成的焊条。
因为这种钢所含的合金量低，所以很容易焊接，与其他420 F合金钢相比，在焊接过程中出现硬化龟裂的可能性更低。小型焊接不用预热就可进行。在焊接材料后，为了降低焊接处的硬度和应力，仍建议进行去应力回火。焊接时可以使用420不锈钢焊条。
抗腐蚀性能
模具钢需要有足够的抗腐蚀性抵抗大气腐蚀以及在注塑模和冲压模中常见的磨损。在人工气候室对钢材进行14天的测试，室内湿度是93%，温度在35摄氏度和15摄氏度之间交替，每8个小时温度改变一次，测试表明添加了镍、氮和钼的模座专用不锈钢的抗腐蚀效果丝毫不逊色于现在使用的再硫化不锈钢(见图5)。
抗应力腐蚀破裂性能成为这种钢材的一个优势，如果这种钢材应用于实际模具加工中，其抗破裂性能够达到其屈服强度的60%，这要优于其他再硫化不锈钢的抗应力腐蚀破裂性能。
结论
生产模座专用快削优质不锈钢的目的是为模具制造者提供化学性能和加工性能更好的钢材，这样就可以大大降低成本，减少工装时间和缩短模座交付时间。这种钢材的可焊接性和抗腐蚀性都已得到优化，这就意味着这种钢材可以应用于其他对以上特性要求较高的领域。