提高冷作模具鋼Cr12MoV使用性能的研究

向思考 陳克飛

摘 要 根據冷作模具鋼Cr12MoV在工作過程中需要的一些力學性能和針對其常出現的一些失效形式進行改進，通過采用不同的熱處理工藝對Cr12MoV進行處理，采用然后觀察其金相顯微組織的觀察和并進行一些后期的力學性能測試，根據實驗數據進行比較，結果顯示，熱處理在不同溫度，不同處理方式下會使Cr12MoV獲得不同的金相顯微組織，和不同的力學性能。

關鍵詞 熱處理 Cr12MoV 金相顯微組織 力學性能 強韌性

中圖分類號：TG174.44 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.06.031

Abstract According to the cold for Cr12MoV die steel is needed in the working process of the mechanical properties and for its often appear some failure form of improvement， through the use of different heat treatment process was used for the treatment of Cr12MoV， is then employed to observe the metallographic microstructure observation and and some later mechanical performance test， according to the experimental data were compared， results show， heat treatment at different temperatures and under different treatment methods will make different metallographic microstructure of Cr12MoV， and different mechanical properties.

Key words heat treatment；Cr12MoV； Metallographic microstructure； mechanical property； strong toughness

眾所周知，在現代的工業中，Cr12MoV是常用的冷作模具鋼，它適用于制造形狀較為復雜，斷面較大，承受沖擊載荷較大的工模具。其中包括各種量具，刀具，夾具，還有凹模，冷作模。Cr12MoV材料制作的模具要求具有較好的耐磨性，抗沖擊性能，良好的淬透性，還有在較高溫下的抗氧化性，本文是以Cr12MoV為對象，通過采用不同的熱處理方法分析熱處理工藝對Cr12MoV的耐磨性，抗沖擊性，抗氧化性能的影響。

1 實驗前準備

實驗的材料為Cr12MoV，由于現在很多的不良商家可能用別的材料來代替Cr12MoV，所以我們在開始正式的實驗之前必須檢測其化學成分，通過調研我們采用了EDX1800型X射線熒光光譜儀對其進行化學分析，分析證明了材料為Cr12MoV。眾所周知，Cr12MoV之所以沒有很高的強韌性，是因為在Cr12MoV中存在著帶狀或網狀的碳化物，而這種形態的碳化物具有一定的脆性，而且當較多的碳化物集中在一起之后會使材料內部產生空洞，這是造成Cr12MoV產生疲勞裂紋的重要原因。為了使這種網狀或帶狀的碳化物碎化、細化、讓碳化物分布均勻，細化碳化物粒度，我們對Cr12MoV進行了鍛造和預熱處理，以減少碳化物的分布不均，為后期的淬火回火提供優質材料。

2 實驗方法

2.1 鍛造處理

由于學校的設備原因，我們在鍛造之前先對材料進行了切割，制成了較小的試樣。鍛造溫度我們選擇在750～850癈，因為在這個溫度下鍛造不會出現二次網狀碳化物，在鍛造方法上面，我們采用的方法是變向鍛造法，鍛造次數按碳化物為 3級別鍛造，沒有在胚料表面造成任何硬性壓痕，翻轉次數也較多，沒有出現同一部位反復錘擊而導致的金屬局部升溫和材料開裂。

2.2 預熱處理

在鍛造之后我們發現有些較大的碳化物在低溫下是無法溶解的，而且當較小的碳化物溶解之后，還會使較大的碳化物產生尖角，尖角現象會致使材料內部應力不集中，但是在高溫下不僅可以促進碳化物尖角的融化，還會加速碳化物的擴散，從而使這種尖角形態的碳化物消失，解決了應力集中現象，更大程度地使碳化物分布均勻，晶粒細化，從而大大提高了Cr12MoV的強韌性。

2.3 淬火

Cr12MoV鋼的性能與淬火的溫度關系：在1000～1100癈淬火可以獲得較好的機械性能，如果溫度提的太高會導致Cr12MoV的晶粒變得粗大，強韌性變低；對于冷卻方式，我們選擇在1000癈以下選擇空冷，為了防止材料開裂，在1000癈以上選擇油冷（油溫260癈然后空冷），我們選擇在900～1100癈之間取樣，選取最高硬度值，為后期的回火做準備，為了保證實驗的隨機性，我們一共選取9組試樣，每組試樣取三個樣品，具體情況如表1所示。

2.4 回火處理

由表1所知，在1000～1030癈之間，Cr12MoV獲得最高硬度，且幾組數據也比較平均，所以選取這一溫度進行淬火之后的材料用來完成回火處理。影響Cr12MoV的強韌性的因素除了碳化物的集中之外還有一個原因，就是產生殘余奧氏體，這種特殊的結構會降低Cr12MoV的強韌性，產生這種結構的重要原因是冷卻時間，較快的冷卻速度可以使殘余奧氏體的數量減少，所以可以采用油冷，為何防止Cr12MoV變脆，采用多次回火以提高Cr12MoV的韌性。

因為Cr12MoV的回火脆性范圍在330～380癈，所以回火時避開了這一區間，選擇在380～500癈進行回火處理，如表2所示，實驗結果表明在400～600℃之間不僅材料的硬度較高而且抗沖擊韌性也較好。

2.5 金相處理

該試驗的照片是在金相顯微鏡下觀察和拍照得到的，該試樣的制作過程為打磨，拋光，清洗，最后顯微觀察。打磨分為精磨和粗磨，粗磨是為了去除熱影響和變形，使表面平整，精磨是為了消除較深磨痕，為式樣的拋光做準備。拋光采用機械拋光，分為粗拋光和精拋光，這樣可以是金相式樣顯示真實，從而清晰地顯示組織結構。清洗方法我們使用酒精清洗，因為酒精容易揮發，不會產生什么殘留物，也就方便與我們對試樣的觀察。

2.6 金相式樣的分析

通過圖1與圖2的比較可以看出圖1的金相組織比圖2的金相組織要好很多，圖1是采用上文中的熱處理工藝，圖2采用的原始工藝手段。這表明我們前期的1030℃下的高溫淬火和500℃的高溫回火對于集中碳化物的溶解起到了很大的作用，殘余的集中碳化物很少，但是用原始的熱處理方法會使碳化物的分布相對集中一點，就會出現應力集中的現象，而且碳化物集中，會使材料的強度，韌性降低，這樣就會降低材料的使用壽命，從圖1可以看出，其碳化物的分布均勻，沒有出現帶狀和網狀的碳化物，通常可以提高材料的抗沖擊性能和韌性。

3 分析與總結

之所以開始對Cr12MoV進行鍛造和預熱處理，是為了將其中一些網狀的碳化物還有一些較大的碳化物溶解和細化晶粒。而且在淬火之后如果直接冷卻也很容易使Cr12MoV產生殘余奧氏體，且這種開裂無法消除，所以油冷可以防止產生殘余奧氏體，對強韌性有所提高。預熱處理之后會使材料內部形成索氏體組織，這對淬火十分有利，而且細小的晶粒可以防止奧氏體的長大，而細化的奧氏體晶粒對于提高材料強韌性有很大作用，因此預熱處理可以大大提高Cr12MoV鋼模具的使用壽命。

總結之后采用方法為在750～800癈之間進行前期的鍛造處理，在1130癈左右進行預熱處理，在1030癈左右進行淬火處理，在500癈左右進行回火處理，在200癈左右在進行回火處理，總共進行兩次回火。通過后期的測試和檢查，證明這種熱處理方法的提高Cr12MoV的性能和使用壽命，這樣可以極大地節約使用企業的使用成本，創造了相對可觀的經濟效益。

4 結語

對于Cr12MoV這種鋼來說，廣泛用于做模具，所以選擇合適的熱處理很有必要，因為這可以提高原材料的耐磨性，強韌性。也就提高了材料的使用壽命，從而節約生產成本。在這次的Cr12MoV材料熱處理科研過程中，筆者學到了很多知識，也知道了很多實驗設備的使用方法，很感謝學校和老師給了這次機會。

湖南省大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目（湘教通[2014]248號）

參考文獻

[1] 劉云旭.新型材料及其應用[M].武漢：華中理工大學出版社，1990.

[2] 李杰.工程材料學基礎[M].長沙：國防科技大學出版社，1994.

[3] 李超.金屬學原理[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，1989.

[4] 崔坤.鋼鐵材料及有色金屬材料[M].北京：機械工業出版社，1981.

[5] 蔡美良.新編工模具鋼金相熱處理[M].北京：機械工業出版社，1998.