Cr12MoV钢真空油淬工艺研究

，,2，,2

(1.中原工学院，郑州 450007；2.郑州飞虹热处理设备制造有限公司，郑州 450066)

Cr12MoV钢淬透性好、硬度高、耐磨性强，且热处理变形倾向小，常用于加工精密复杂的冷作模具[1]。由于钢中合金元素含量高,淬火后低温回火仍有残余奥氏体存在,对其使用性能会产生很大影响。在实际使用过程中，往往采用不同热处理工艺的Cr12MoV钢模具，但其使用寿命相差很大，主要表现在冲击韧性、抗弯强度和耐磨性上的差异。制定合适的处理工艺，获得良好的综合性能，才能使Cr12MoV钢有更广泛的应用。与普通淬火相比，真空淬火具有独特的优势，如防止工件表面氧化、脱碳、淬火变形小、表面硬度均匀、工作条件好等[2]。有研究表明，Cr12MoV钢经真空热处理后冲击韧性和抗弯强度分别达到8.347 J/cm2和1 732.6 MPa，相对于普通热处理，分别提高57.6%和16.9%[1]。针对淬火后残余奥氏体，主要通过多次淬火或冷处理来减少其存在[3]。通过深冷处理可提高Cr12MoV钢的耐磨性。实验证明，经3次每次1 h深冷处理之后,进行180 ℃保温1.5 h回火处理，耐磨性提高最为显著，磨损失重率下降37.1%[4]。本文以Cr12MoV钢为研究对象，分析不同的热处理工艺对其组织和性能的影响，以期获得真空油淬的最佳处理工艺。

1 实验材料与设备

1.1 实验材料

实验采用退火态的Cr12MoV钢，其化学成分如表1所示。

表1 Cr12MoV钢化学成分 wt%

1.2 实验设备

加热设备采用郑州飞虹热处理设备制造有限公司的ZYC-240型双室真空油淬炉，工件尺寸为1 300 mm×800 mm×800 mm，极限真空度为4×10-1Pa；冷处理设备使用DW-HW668型工业冰柜，冷处理温度为-76 ℃，回火炉为RJ-60型井式回火炉。

利用XJP-300型金相显微镜观察组织，腐蚀剂为4%硝酸乙醇；利用JSM-5610LV扫描电子显微镜观察组织形貌；利用402MVD显微硬度计负荷200 g加载10 s测定硬度值；利用MM-200型磨损试验机检测相对磨损率，对磨试样为W18Cr4V(HRC62～64)，干滑动2 h，载荷196 N。

1.3 试样处理工艺

将试样分为3组，采用相同的加热淬火工艺：550 ℃保温240 min，之后850 ℃保温240 min，再1 000 ℃保温180 min，最后1 000 ℃油淬。试样1真空淬火后连续低温回火3次，不进行冷处理；试样2淬火后直接进行冷处理后接2次低温回火；试样3低温回火1次后冷处理再回火1次。回火工艺均按180 ℃保温4 h执行。试样处理工艺简图如图1所示。

(a)试样1

(b)试样2

(c)试样3

2 实验结果讨论及分析

2.1 组织分析

图2为3组试样处理后的金相照片。从图2中可以看出，经真空油淬处理后，样品的组织为回火马氏体、碳化物、少量的残余奥氏体。碳化物呈现两种形貌：一种是较粗大的碳化物，这是前期锻造和退火处理后仍存在的碳化物，此类碳化物是非连续的，且有一定的钝化现象；另一种是回火过程析出的细小的碳化物。从金相照片可以看出，相比于试样1，试样2和试样3细小碳化物数量更多，分散更均匀。

(a)试样1

(b)试样2

(c)试样3

Cr12MoV钢热处理后扫描电镜照片如图3所示。通过对比试样1和试样3的扫描电镜照片可以看出，在相同的放大倍数下,试样3中2次、3次回火后碳化物数量更多。这是冷处理后奥氏体含量下降，马氏体含量增加的缘故。冷处理使得体积收缩，铁的晶格常数缩小，增强了碳原子析出的驱动力。低温下碳的扩散很困难，扩散距离短，因此在马氏体的基体上析出大量的超细碳化物[3]。有实验表明，经过深冷处理的工件与未深冷处理工件相比,碳化物体积分数大幅增加[5]。在低温回火后马氏体比奥氏体更容易析出碳化物，因此试样3中细小碳化物量要大于试样1。

(a)试样1

(b)试样3

图4是3组试样的XRD图，图中(a)代表试样3，(b)代表试样2，(c)代表试样1。从图中可以看出3个样品组织均为马氏体、碳化物和残余奥氏体。试样1残余奥氏体的峰值最明显，表明其含量最多，试样3次之，试样2最少。残余奥氏体的量受到2个因素制约，一个是冷处理前奥氏体的量，另一个是马氏体开始转变点Ms和终止点Mf。而马氏体开始转变点主要取决于钢中碳含量，碳含量越高，Ms和Mf对应的温度值越低，淬火后残余奥氏体量也越多。因为试样1没进行冷处理，所以残余奥氏体含量最高。试样2和试样3的Ms和Mf相同，但冷处理前奥氏体的量有所差别。试样3经低温回火后部分残余奥氏体分解，所以冷处理前奥氏体含量少于试样2，冷处理后向马氏体转变，而试样2直接进行冷处理，所以其残余奥氏体量相对于试样3要少一些。

图4 Cr12MoV钢热处理后X衍射图

2.2 性能分析

表3为Cr12MoV钢经不同工艺处理后的显微硬度值。从表3可以看出，试样2的硬度值相对于试样1增幅最大，达到14.80%，试样3的增幅为12.70%。冷处理可明显提高Cr12MoV钢的硬度，这主要是因为大量残余奥氏体转变为马氏体，这个结果在许多研究中有所报道[6-7]。真空油淬后直接冷处理，获得马氏体的量最大，因此硬度最高。同时在实验中发现，试样2淬火后直接冷处理，工件表面会产生一些细小的裂纹，这是由于Cr12MoV钢属于高碳高合金钢，一次碳化物体积大且含量多，淬火后不经回火容易造成应力集中而致使工件开裂。而经过1次回火后既可以减小组织内应力也可以稳定工件尺寸，这对尺寸精度要求较高的模具很有作用。回火前深冷处理能大幅度提高工件的切削性，回火后深冷处理能大幅度提高工件的力学性能[3]。

表3 Cr12MoV经不同工艺处理后的硬度

图5为试样相对磨损率示意图。以未经冷处理的试样1作为参考标准，定义其相对磨损率为100%，冷处理试样2和试样3的相对质量损失以试样1为参考，得到相对磨损率。试样2和试样3的相对磨损率分别为86.36%和72.73%。可以看出，经过冷处理，试样耐磨性都有不同程度提高，试样3的耐磨性要优于试样2。Cr12MoV钢真空油淬后，1次低温回火再冷处理，其耐磨性要高于淬火后直接冷处理。

图5 Cr12MoV钢试样的相对磨损率

3 结 语

(1)Cr12MoV钢真空油淬处理后，组织主要由马氏体、碳化物和残余奥氏体组成，冷处理能够降低残余奥氏体的含量。

(2)冷处理后，Cr12MoV钢显微硬度明显提高，最高增量为115 HV0.2，增幅达14.70%。其耐磨性也明显提高，其中先回火再冷处理最显著，比无冷处理试样磨损率下降27.27% 。

(3)淬火后低温回火再冷处理，不仅可以明显提高Cr12MoV钢的显微硬度和耐磨性，也可避免直接冷处理产生裂纹，在3种处理工艺中效果最佳。

参考文献：

[1] 邓丽萍，罗军明，苏倩.Cr12MoV钢真空热处理组织和性能研究[J].热加工工艺，2012，41(8)：167-169.

[2] 刘骏曦，邓莉萍，夏凌云，等.Cr12MoV 钢的热处理及组织、性能研究[J].热加工工艺，2012，41(14)：188-189.

[3] 邱庆忠.深冷处理技术在金属材料中的应用[J].材料研究与应用，2007，1(2)：150-153.

[4] 刘勇，刘新龙，张金东.深冷处理对Cr12MoV钢力学性能的影响[J].金属热处理，2011，36(8)：38-41.

[5] 安丽丽, 李士燕.深冷处理对冷冲压模具钢Cr12MoV力学性能影响的研究[ J].机械研究与应用，2003，16(1)：12-13.

[6] 樊东黎.钢的冷处理和深冷处理[J].热处理，2010，25(6)：1-6.

[7] 赵国华.深冷处理对Cr12MoV钢组织和耐磨性能的影响[J].热处理，2010，25(6)：59-62.