提高冷作模具钢Cr12MoV使用性能的研究

向思考 陈克飞

摘 要 根据冷作模具钢Cr12MoV在工作过程中需要的一些力学性能和针对其常出现的一些失效形式进行改进，通过采用不同的热处理工艺对Cr12MoV进行处理，采用然后观察其金相显微组织的观察和并进行一些后期的力学性能测试，根据实验数据进行比较，结果显示，热处理在不同温度，不同处理方式下会使Cr12MoV获得不同的金相显微组织，和不同的力学性能。

关键词 热处理 Cr12MoV 金相显微组织 力学性能 强韧性

中图分类号：TG174.44 文献标识码：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，在现代的工业中，Cr12MoV是常用的冷作模具钢，它适用于制造形状较为复杂，断面较大，承受冲击载荷较大的工模具。其中包括各种量具，刀具，夹具，还有凹模，冷作模。Cr12MoV材料制作的模具要求具有较好的耐磨性，抗冲击性能，良好的淬透性，还有在较高温下的抗氧化性，本文是以Cr12MoV为对象，通过采用不同的热处理方法分析热处理工艺对Cr12MoV的耐磨性，抗冲击性，抗氧化性能的影响。

1 实验前准备

实验的材料为Cr12MoV，由于现在很多的不良商家可能用别的材料来代替Cr12MoV，所以我们在开始正式的实验之前必须检测其化学成分，通过调研我们采用了EDX1800型X射线荧光光谱仪对其进行化学分析，分析证明了材料为Cr12MoV。众所周知，Cr12MoV之所以没有很高的强韧性，是因为在Cr12MoV中存在着带状或网状的碳化物，而这种形态的碳化物具有一定的脆性，而且当较多的碳化物集中在一起之后会使材料内部产生空洞，这是造成Cr12MoV产生疲劳裂纹的重要原因。为了使这种网状或带状的碳化物碎化、细化、让碳化物分布均匀，细化碳化物粒度，我们对Cr12MoV进行了锻造和预热处理，以减少碳化物的分布不均，为后期的淬火回火提供优质材料。

2 实验方法

2.1 锻造处理

由于学校的设备原因，我们在锻造之前先对材料进行了切割，制成了较小的试样。锻造温度我们选择在750～850癈，因为在这个温度下锻造不会出现二次网状碳化物，在锻造方法上面，我们采用的方法是变向锻造法，锻造次数按碳化物为 3级别锻造，没有在胚料表面造成任何硬性压痕，翻转次数也较多，没有出现同一部位反复锤击而导致的金属局部升温和材料开裂。

2.2 预热处理

在锻造之后我们发现有些较大的碳化物在低温下是无法溶解的，而且当较小的碳化物溶解之后，还会使较大的碳化物产生尖角，尖角现象会致使材料内部应力不集中，但是在高温下不仅可以促进碳化物尖角的融化，还会加速碳化物的扩散，从而使这种尖角形态的碳化物消失，解决了应力集中现象，更大程度地使碳化物分布均匀，晶粒细化，从而大大提高了Cr12MoV的强韧性。

2.3 淬火

Cr12MoV钢的性能与淬火的温度关系：在1000～1100癈淬火可以获得较好的机械性能，如果温度提的太高会导致Cr12MoV的晶粒变得粗大，强韧性变低；对于冷却方式，我们选择在1000癈以下选择空冷，为了防止材料开裂，在1000癈以上选择油冷（油温260癈然后空冷），我们选择在900～1100癈之间取样，选取最高硬度值，为后期的回火做准备，为了保证实验的随机性，我们一共选取9组试样，每组试样取三个样品，具体情况如表1所示。

2.4 回火处理

由表1所知，在1000～1030癈之间，Cr12MoV获得最高硬度，且几组数据也比较平均，所以选取这一温度进行淬火之后的材料用来完成回火处理。影响Cr12MoV的强韧性的因素除了碳化物的集中之外还有一个原因，就是产生残余奥氏体，这种特殊的结构会降低Cr12MoV的强韧性，产生这种结构的重要原因是冷却时间，较快的冷却速度可以使残余奥氏体的数量减少，所以可以采用油冷，为何防止Cr12MoV变脆，采用多次回火以提高Cr12MoV的韧性。

因为Cr12MoV的回火脆性范围在330～380癈，所以回火时避开了这一区间，选择在380～500癈进行回火处理，如表2所示，实验结果表明在400～600℃之间不仅材料的硬度较高而且抗冲击韧性也较好。

2.5 金相处理

该试验的照片是在金相显微镜下观察和拍照得到的，该试样的制作过程为打磨，抛光，清洗，最后显微观察。打磨分为精磨和粗磨，粗磨是为了去除热影响和变形，使表面平整，精磨是为了消除较深磨痕，为式样的抛光做准备。抛光采用机械抛光，分为粗抛光和精抛光，这样可以是金相式样显示真实，从而清晰地显示组织结构。清洗方法我们使用酒精清洗，因为酒精容易挥发，不会产生什么残留物，也就方便与我们对试样的观察。

2.6 金相式样的分析

通过图1与图2的比较可以看出图1的金相组织比图2的金相组织要好很多，图1是采用上文中的热处理工艺，图2采用的原始工艺手段。这表明我们前期的1030℃下的高温淬火和500℃的高温回火对于集中碳化物的溶解起到了很大的作用，残余的集中碳化物很少，但是用原始的热处理方法会使碳化物的分布相对集中一点，就会出现应力集中的现象，而且碳化物集中，会使材料的强度，韧性降低，这样就会降低材料的使用寿命，从图1可以看出，其碳化物的分布均匀，没有出现带状和网状的碳化物，通常可以提高材料的抗冲击性能和韧性。

3 分析与总结

之所以开始对Cr12MoV进行锻造和预热处理，是为了将其中一些网状的碳化物还有一些较大的碳化物溶解和细化晶粒。而且在淬火之后如果直接冷却也很容易使Cr12MoV产生残余奥氏体，且这种开裂无法消除，所以油冷可以防止产生残余奥氏体，对强韧性有所提高。预热处理之后会使材料内部形成索氏体组织，这对淬火十分有利，而且细小的晶粒可以防止奥氏体的长大，而细化的奥氏体晶粒对于提高材料强韧性有很大作用，因此预热处理可以大大提高Cr12MoV钢模具的使用寿命。

總结之后采用方法为在750～800癈之间进行前期的锻造处理，在1130癈左右进行预热处理，在1030癈左右进行淬火处理，在500癈左右进行回火处理，在200癈左右在进行回火处理，总共进行两次回火。通过后期的测试和检查，证明这种热处理方法的提高Cr12MoV的性能和使用寿命，这样可以极大地节约使用企业的使用成本，创造了相对可观的经济效益。

4 结语

对于Cr12MoV这种钢来说，广泛用于做模具，所以选择合适的热处理很有必要，因为这可以提高原材料的耐磨性，强韧性。也就提高了材料的使用寿命，从而节约生产成本。在这次的Cr12MoV材料热处理科研过程中，笔者学到了很多知识，也知道了很多实验设备的使用方法，很感谢学校和老师给了这次机会。

湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目（湘教通[2014]248号）

参考文献

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