一、 原材料

材料名称：Cr12MoV

前言：Cr12MoV 钢是典型的模具钢，大量应用在冷作模具上。它经热处理后性能的优劣，直接影响模具的寿命和精度，最终影响硅钢片零件尺寸的一致性，因此研究Crl2MoV钢的热处理工艺是提高模具寿命和精度、确保硅钢片零件质量的 研究课题。

二、化学成份

三、Cr12MoV钢的性能

1、Cr12MoV钢是目前国内广泛使用的冷作模具莱氏体钢之一。组织中有大量共晶碳化物。为了碎化、细化共晶碳化物，把粗大的枝晶状共晶碳化物打碎、提高碳化物分布的均匀性，细化碳化物的粒度，一般在使用中都需要进行锻造和预先热处理，以减少碳化物的不均匀分布，为后续淬火、回火提供优良的原始组织。

该钢具有淬透性好、硬度高且耐磨、热处理变形小等优点, 常用于制作那些承受重负荷、生产批量大、形状复杂的冷作模具, 如冷冲、压印、冷镦、冷挤压模等。但该钢的显著缺点是脆性大, 常常导致模具的早期失效。因此, 如何提高其强韧性, 防止模具过早断裂失效, 是该钢用户经常遇到且需要解决的问题。模具失效分析表明, 热处理因素影响 ,约占50% 。本文在已有研究的基础上, 针对热处理生产中影响Cr12MoV钢性能的诸因素, 分析评述了提高其模具寿命的热处理工艺方法和措施。

1、改进预备热处理

通过改变预备热处理使碳化物尖角的局部溶解;而且,溶入基体的碳化物在随后高温回火过程中再度均匀弥散析出,使碳化物的形态、大小及分布得到改善,有利于提高模具的强韧性.例如,Cr12MoV钢增加一道调质工序(1100℃加热淬火+700℃回火)后进行1000℃淬火及 200～220℃回火处理,不仅使碳化物的粒度、形状、分布及球化程度较常规工艺处理有显著改善,而且性能上Rbb提高20%,Ak值提高15%。用此工艺处理的Cr12MoV钢落料模,凸凹模刃口件总寿命达150万次,寿命提高5倍。失效后取样金相检查,碳化物不均匀度为 1级^.轧丝机上用于轧制梯形丝杠的Cr12MoV钢轧丝模,采用常规 1020℃淬火、250℃回火,模具寿命只有几百件,都是脆性断裂失效。在精加工前增加一道调质工序Cr12MoV属于高碳高铬莱氏体钢。碳化物含量高,且常呈带状或网状不均匀分布,其形状、大小及分布对钢的性能影响很大, 尤其大块状尖角碳化物对钢基体的割裂作用较大, 往往成为疲劳断裂的策源地。经过改锻, 碳化物被击碎, 偏析状况得到有效改善, 但其形态还不理想, 且锻后硬度也偏高。因此Cr12MoV钢锻后常采用球化退火作为预备热处理,以获得均匀、细小的球形碳化物, 降低硬度, 改善切削加工性能, 同时为后续淬火做好组织准备.当常规球化退火工艺效果不理想时, 可采用锻后调质处理, 即锻后稍作停留,让奥氏体回复和开始再结晶, 然后立即淬火,700～750℃回火。或在精加工前增加一道调质工序。也可利用锻后余热直接进行球化退火或循环球化退火。Cr12MoV钢一般淬火温度为 1000～1040℃,而调质的淬火温度可达1120℃,高的温度一方面促进了较小碳化物的完全溶解,另一方面也促进了大块碳化( 850℃预热、1120℃加热淬油、760℃高温回火),然后在1020℃加热230℃分级淬火、400℃回火2次, 硬度为 57～58 HRC,模具寿命达2000多件, 达到了进口模具水平。Cr12MoV钢最终硬化处理分为“一次硬化处理”和“二次硬化处理”。

2、改进淬火及回火

Cr12MoV钢经过改锻及预处理,碳化物的粒度、形状、分布得到改善, 但还是有个别碳化物尺寸较大且有棱角,降低了钢的断裂韧性。如果一次硬化处理时,在特定温度如 800℃左右充分预热,使不均匀分布的碳化物特别是大块尖角形碳化物不断分解、扩散,有利于形成大量高度弥散分布的形核中心, 使随后淬火时有利于形成高度弥散分布的细粒碳化物, 能有效提高钢的强韧性和模具使用寿命。如Cr 12MoV  钢经特定温度预热,1000℃淬火、200℃回火, 组织为细针状回火马氏体+ 均匀弥散分布的碳化物+ 少量小块状碳化物及少量 AR ,使其拉丝模的寿命提高近 1倍 。

Cr12MoV钢经800～ 850℃预热,1020～ 1050℃加热寿命, 属于简单易行的强韧化热处理工艺。例如:

(1) Cr12MoV钢经1030℃加热淬火,180℃回火,-196℃深冷处理, 再 200℃回火, 其AK值比常规热处理提高21%,使扇形冲压模具的寿命提高 1.5 ～ 2倍。

( 2 ) Cr12MoV钢经1030℃淬火,100℃回火,

-160℃深冷处理 2h ,500℃回火两次,与常规处理相比,其冲击韧度变化不大,硬度提高1～2HRC,Rbb提高约5%,耐磨性大幅度提高,可使M12螺母冷镦模寿命提高2倍 。

( 3 ) Cr12MoV钢1060℃淬火并深冷处理后, 400℃回火硬度仍可保持60 HRC;而常规淬火后,要保持60HRC 的硬度,回火温度不能超过 200℃。采用1060℃淬火,-196℃深冷处理和400℃回火的M 16淬火,2 次160～180℃低温回火,使用效果较好。

如果Cr12MoV钢未改锻,采用固溶双细化处理,即 500℃及 800℃左右二级预热,1100～1150℃固溶处理,淬入热油或等温淬火,750 ℃高温回火, 机加工后 960℃加热油冷后进行最终热处理, 也可使碳化物细化、棱角圆整化, 晶粒细化。

Cr12MoV钢强韧性不足, 还与淬火温度较高, 奥氏体晶粒较大, 使随后淬火后的马氏体粗大有关。如果Cr12MoV 钢通过低温加热, 等温淬火,先形成适量的的B下组织, 割裂了原奥氏体晶粒,使随后形成的针状M 细化; 且B下易在未溶碳化物与基体的界面处形成,本身韧性也较好,可通过自身塑性变形而缓解应力集中,有助于降低裂纹萌生及扩展,脆断几率减小,使强韧性增加。例如Cr12MoV 钢经 520℃×12 h 预渗氮、1000 ℃×10 min扩氮、260℃×4 h 等温淬火, 并于230℃×2h回火的复合强韧化处理,得到适量的B下与 M 的复相组织, 扩氮层显微硬度达900～1000HV,心表硬度过渡均匀, 可使模具寿命提高一个数量级。 针对Cr12 钢也提出了在 850℃预热、1030 ℃加热、280℃等温淬火、200℃回火的复相强韧化处理工艺。等温时得到 7%～ 10% 的B下与M的复相组织, 具有 的耐磨性与冲击韧度的搭配, 使 Cr12 钢自行车把节头冷镦模寿命提高 3～4倍, 对Cr12MoV钢同样有借鉴意义。

3、增加深冷处理

Cr12MoV钢经常规1020～1040℃淬火,AR量较多,约30%左右,硬度、耐磨性不足,且易出现磨削裂纹,使模具提早破坏。深冷处理过程中, 由于A R 转变成M ,以及超细碳化物析出, 使钢的硬度、冲击韧度及耐磨性都得以提高,从而显著提高其力学性能和模具

螺母六方冷镦冲模的使用寿命比常规工艺处理的模具提高 8～ 9倍。

(4) Cr12MoV钢经1000℃加热,300℃分级淬火,180℃回火2次,放入液氮中深冷处理,取出放入60～70℃热水中急热解冻,再在 150～ 200℃回火。经此工艺处理的缝纫机校架冷挤压凹模寿命为未经深冷处理的 1.6 倍 。

( 5) Cr12MoV钢硅钢片冷冲凹模, 经 1030℃淬火、180℃回火后, AR量较多, 硬度不够( 仅为57.5HRC ),耐磨性不足,且易出现磨削裂纹。经1100℃淬火、液氮深冷处理、520℃回火,能明显降低AR量,平均硬度为 67.4HRC,耐磨性增加,凹模寿命由原来的 9.2万次提高到 84.3万次,全部为磨损正常 _。

深冷处理不仅提高了钢的强韧性、耐磨性、模具寿命, 而且能稳定模具尺寸,改善加工精度及表面质量,挽救一些尺寸超负公差的零件。例如: Cr12MoV钢淬火后冷到-196℃,然后升温至室温后马上343℃×1 h回火,油冷硬度 63HRC,收缩率为0.0012%; Cr12MoV钢淬火后冷到-196 ℃,升至室温后于510℃×1h回火,油冷,再重复两次-196℃、510℃×1 h回火,再经 232℃×1 h 回火后空冷,硬度59.5HRC ,收缩率为 0.0002%。Cr12MoV钢经1040℃真空加热淬火,200℃回火后, 冲模外径普遍减小60～80Lm,已无抛光余量(真空处理前仅留 0.02mm加工余量),经-196℃×4 min深冷处理, 外径普遍增大100 Lm; 再经230℃回火,外径又减小10～20 Lm ,满足了加工要求。冲模经1000℃真空加热淬火,200℃回火后外径变化不大 。

四、通过不同热处理工艺提高硅钢片冷冲模使用寿命

Cr12MoV钢制硅钢片冷冲模的零件如图一,外形（100X80X20）mm

1、工艺(一)

该冷冲模原来是在箱式高温电炉处理的,工艺是600℃预热60 min,1000℃加热保温30min,淬入400℃的硝盐中10 min,冷却至160℃保温30min后，立即转入180℃的热油中进行,时间为120 min,模具寿命可达到9.2万次，见图（二）

2、工艺(二)

冷冲模的真空热处理工艺是850℃预热50 min,1040℃加热保温30 min后淬油,工件入油后立即充普氮气0.6X10⁵Pa,出炉后在普通油炉中180℃回火120 min两次回火，见图（三）

硅钢片Cr12MoV钢经常规1040℃加热保温30 min后淬油后，Ar量较多，约占30%，硬度、耐磨性不足，且易出现磨削裂纹，使模具提早破坏。

3、工艺(三)

冷冲模经过真空热处理预热处理860℃保温50 min ,1100℃保温30min气冷,充氮至0.26MPa的压力冷却至50℃以下出炉空冷、180℃回火120min、液氮-196℃保温50 min深冷处理、520℃保温时间为90 min真空回火两次，深冷处理过程中，由于Ar转变成M，以及超细碳化物析出，使钢的硬度、冲击韧性及耐磨性都得以提高，Ar量明显降低，平均硬度为65HRC，从而显著提高了Cr12MoV钢的力学性能和模具寿命，属于简单易行的强韧化热处理工艺。寿命由原来的9.2万次提高到84.3万次，全部为磨损正常失效。

结论：经三种工艺处理后的冷冲模的宏观硬度虽然都可以达到62HRC以上，但工艺（三）经真空热处理后的冷冲模增加深冷处理不仅表面光亮而且还有一个突出的工艺效果，即冷冲模上4个￠8mm的定位孔变形很小，均在0.02mm以下，这样经真空热处理后可不研修就可以使用，节约了工时，缩短了模具制造周期。而经原工艺处理的冷冲模定位孔的变形量均0.05mm左右。真空热处理还可以杜绝氧化，脱碳层的产生，保证了型腔边缘等处的硬度，最终使模具寿命大大提高。