Cr12MoV冷作模具钢热处理工艺及性能分析＊

2022-07-26孙秀华林晶晶徐晓慧

模具制造 2022年6期

孙秀华，刘明，马野，李鹏，高强，林晶晶，徐晓慧

（抚顺特殊钢股份有限公司，辽宁抚顺 113001）

1 引言

Cr12-Mo-V 型冷作模具钢为高碳高铬冷作模具钢，高的含碳量和含铬量，形成大量的碳化铬和高合金马氏体，具有高硬度和高耐磨性，加入钼、钒冲击韧性提高，应用在高硬度、高耐磨性、以及耐冲击的冷作模具上[1~2]，通用钢种为Cr12MoV 和Cr12Mo1V1，两钢种的合金化差别是Cr12MoV 的钼、钒含量低于Cr12Mo1V1，Cr12MoV 的钼、钒含量为0.40%~0.60%、0.15%~0.30%，Cr12Mo1V1 的钼、钒含量为0.70%~1.20%、0.50%~1.10%，本文对两钢种的热处理工艺及性能进行了对比分析。

2 试验用料及试验方法

试验用料取自抚钢生产的Cr12MoV 和Cr12Mo1V1，生产工艺为：EAF+LF+VD冶炼，浇注1.2t钢锭，精锻机锻造圆钢φ120mm，化学成分见表1所示。

表1 Cr12MoV和Cr12Mo1V1的化学成分/%

在圆钢φ120mm 半径二分之一处切取试验用试样。不同加热温度对淬火和回火硬度影响试验用试样尺寸为20×20×10mm，淬火工艺900℃~1,080℃×40min×油淬，回火工艺200℃~650℃×2h×空冷。冲击韧性对比试验采用11×11×55mm 的毛坯试样进行淬火+回火热处理，然后磨床磨制不开口10×10×55mm试样进行冲击功测试。

3 试验结果及分析

3.1 不同加热温度对淬火硬度的影响

Cr12MoV 和Cr12Mo1V1 在900℃~1,080℃不同加热温度对淬火硬度的影响试验结果如图1所示。

图1 不同加热温度的淬火硬度曲线

由图1 可见，Cr12MoV 和Cr12Mo1V1 的淬火硬度均随温度的升高先升高，达到峰值后随温度的升高又降低。Cr12MoV 和Cr12Mo1V1 钢中的铬、钼、钒均以碳化物的形式存在，且随着加热温度的升高溶解度增大，而淬火硬度与淬火后马氏体中的碳和铬、钼、钒含量有关，含量多则硬度高，低温加热时,碳化物溶解的少,淬火后马氏体中的碳和铬、钼、钒含量少,硬度就低,高温加热时,碳化物溶解的多,淬火后马氏体中的碳和铬、钼、钒含量多，硬度就高，而当加热温度过高时,碳化物过分溶解,淬火时得到少量粗大马氏体和大量残余奥氏体, 少量粗大马氏体中的碳和铬、钼、钒含量少，使硬度降低[3]。

由图1还可见，低温加热时，Cr12MoV淬火硬度高于Cr12Mo1V1，高温加热时则相反，Cr12MoV 在1,020℃加热时淬火硬度达到峰值为64.5HRC，Cr12Mo1V1 在1,060℃加热时淬火硬度达到峰值为64.5HRC。Cr12MoV 和Cr12Mo1V1 低温淬火是溶解铬的碳化物使硬度提高，高温淬火是溶解钼和钒的碳化物使硬度提高[4]，Cr12Mo1V1 的钼、钒含量高于Cr12MoV，故淬火硬度峰值温度高于Cr12MoV，且高温加热时淬火硬度也较高。

Cr12MoV 和Cr12Mo1V1 峰值淬火硬度的组织如图2所示，为隐针状马氏体+大块状共晶碳化物+颗粒状二次碳化物+残余奥氏体，Cr12Mo1V1 的二次碳化物颗粒小且数量少于Cr12MoV，是由于淬火温度高导致碳化物溶解的多，Cr12MoV 为1,020℃淬火，Cr12Mo1V1为1,060℃淬火。

图2 峰值淬火硬度的组织

综上试验结果及分析，Cr12MoV和Cr12Mo1V1淬火加热温度采用980℃~1,020℃和1,020℃~1,060℃较为适宜，淬火硬度范围均为60~64.5HRC。

3.2 不同加热温度对回火硬度的影响

采用峰值淬火硬度的温度淬火，Cr12MoV 为1,020℃淬火，Cr12Mo1V1 为1,060℃淬火，然后在200℃~650℃进行回火，硬度对比结果如图3所示。

图3 不同加热温度的回火硬度曲线

由图3 可见，Cr12MoV 和Cr12Mo1V1 回火硬度随温度升高的变化趋势是先缓慢降低，再缓慢升高，最后急剧下降，低温200℃~350℃，回火硬度随温度的升高缓慢降低，200℃回火硬度两钢种均为62.5HRC，中温400℃~500℃，随温度的升高回火硬度缓慢升高，500℃达到最高硬度，且Cr12Mo1V1 硬度高于Cr12MoV，Cr12Mo1V1 为 61HRC，Cr12MoV 为58.5HRC，高温500℃后，回火硬度随温度的升高急剧下降，Cr12Mo1V1由于钼、钒含量比Cr12MoV略高，回火稳定性略好，硬度略高于Cr12MoV。

从理论上讲，随着回火温度的升高，硬度呈下降趋势，合金元素加入后，回火稳定性增大，硬度下降的趋势减慢[5]。Cr12MoV 和Cr12Mo1V1 低温300℃~400℃析出铬的碳化物，硬度下降缓慢，温度再升高，析出钼和钒的碳化物产生二次硬化，Cr12Mo1V1 钼、钒含量高，比Cr12MoV二次硬化明显，500℃二次硬化达到最高值，高温500℃后，碳化物长大和α相再结晶使硬度急剧下降，所以，Cr12MoV 和Cr12Mo1V1 采用200℃低温回火和500℃高温回火具有较高的硬度，200℃低温回火硬度均为62.5HRC，500℃高温回火硬度Cr12MoV为58.5HRC、Cr12Mo1V1为61HRC。

3.3 冲击韧性对比

采用峰值淬火硬度的温度淬火，Cr12MoV 为1,020℃淬火，Cr12Mo1V1 为1,060℃淬火，然后在200℃低温回火进行冲击韧性对比，结果如表2 所示。由表2 可见，Cr12MoV 和Cr12Mo1V1 的200℃低温回火硬度相同均为62.5HRC，纵向冲击功分别约为30J和40J，说明相同硬度时，Cr12Mo1V1 冲击韧性好于Cr12MoV，由于钼和钒有细化晶粒作用，可使冲击韧性提高，Cr12Mo1V1 比Cr12MoV 的钼和钒含量高，故冲击韧性好于Cr12MoV。