羅 楠
(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術學院,陜西西安710300)
Cr12MoV鋼具有高耐磨性、淬透性、高抗彎強度和大承載能力,被廣泛應用于各類冷作模具中,尤其是用來制造大斷面、復雜形狀、需要承受大沖擊載荷的模具。由于Cr12MoV鋼中存在大量碳化物,且偏析嚴重,因此不同的熱處理工藝對其性能有很大的影響[1,2]。對大型模具來說,這些碳化物很難用常規(guī)熱處理細化,即使經過大量的塑性變形也會在模具中保留帶狀或網(wǎng)狀的形態(tài)。由于碳化物的硬度很大,在帶狀或網(wǎng)狀分布處會形成薄弱的脆性區(qū),模具在一定應力或沖擊載荷下很容易沿碳化物分布處開裂。為此,本文通過研究碳化物對材料強韌性的影響,分析了預先熱處理對碳化物形貌及分布的影響,得出了較優(yōu)的熱處理規(guī)范。
在熱處理時,提高回火溫度在一定程度上可以提高材料的韌性,也可以減少淬火后產生的內應力。同時,由于Cr12MoV鋼中的碳化物分布、形貌及數(shù)量對材料的韌性有較大的影響,因此在常規(guī)熱處理后,材料的性能并不一定有很大的改善。根據(jù)相關文獻報道[3,4],可采用球化處理以改善碳化物在Cr12MoV鋼中的形態(tài),從而在較大程度上對材料的韌性予以改善。
本文擬采用預先熱處理來改善材料中碳化物的分布、形態(tài)及數(shù)量。通過試驗得到比較優(yōu)化的熱處理工藝,從而改善Cr12MoV鋼在模具應用方面的不足。
試驗所用Cr12MoV鋼的化學成分如表1所示。
表1 Cr12MoV鋼化學成分 ωB/%
首先取三組試樣分別進行a、b、c三種方式預先熱處理,選出最優(yōu)預先熱處理方案。而后另取8個經過最優(yōu)預先熱處理后的試樣分四組進行最終熱處理:兩組淬火:980℃,1030℃;兩組回火:400℃,260℃,以選出最佳最終熱處理方案。
用LEICA MEF4M型金相顯微鏡觀察組織,用JSM-5410LV掃描電鏡觀察斷口組織,用HRD-150型硬度計進行硬度檢測,用JB-30B沖擊試驗機對材料的沖擊性能進行檢測。
表2 Cr12MoV鋼的熱處理工藝
為了改善組織中碳化物的形貌,對Cr12MoV鋼進行三種不同的預先熱處理。圖1分別為a、b、c三種預先熱處理后組織中碳化物的形貌。
從圖1中可以看出,a圖中組織為索氏體+碳化物,碳化物的網(wǎng)絡狀分布被“打碎”,多呈斷續(xù)的短棒狀及粒狀彌散分布;b中碳化物尖角鈍化,分布比較均勻,呈棒狀、條狀分布,但仍然可見少量網(wǎng)絡狀分布的痕跡;c中碳化物與a圖中較相似,但細小短棒狀碳化物多呈線形分布,同時可見大量彌散分布的細小的球形顆粒狀強化相析出。
從改善碳化物組織及分布來看,球化退火處理優(yōu)于高溫調質處理的效果,而雙重固溶球化處理的效果優(yōu)于前兩者。與球化退火處理相比,雙重固溶球化處理的奧氏體化溫度較高,碳化物溶解充分,其大小、形態(tài)、分布有所改善。而且經過此處理方法奧氏體化后淬火冷卻,可形成許多晶體缺陷及亞結構,這些都有利于碳化物的高度彌散析出,使球化過程加速[5]。因此,在預先熱處理上應選擇雙重固溶球化處理。
采用雙重固溶球化預先熱處理后,取8個沖擊試樣分別進行不同最終熱處理后的性能實驗。表3為經過雙重固溶球化預先熱處理后不同最終熱處理對Cr12MoV鋼力學性能的影響結果。從表中結果可知,這幾種熱處理方案對硬度影響不大,均在56.0~57.0HRC。這是因為經過淬火后組織中主要形成殘余奧氏體,在400℃以下殘余奧氏體的含量基本不變,因此,硬度基本保持在同一水平[6]。然而,在較高淬火條件下沖擊韌度值均有一定的提高,但是回火溫度對沖擊韌度值影響不大。與常規(guī)熱處理后獲得的最佳沖擊韌度相比,經雙重固溶球化預先熱處理后,Cr12MoV鋼的沖擊韌度值有明顯提高。由此可見,預先熱處理不僅能有效改善Cr12MoV鋼組織中的碳化物形貌及分布,也能較大幅度的提高材料的沖擊韌度。
表3 不同最終熱處理制度下的力學性能對比(沖擊試樣開U型缺口)
圖1 三種預先熱處理對Cr12MoV鋼碳化物形貌的影響
在最終熱處理前先進行一道預先熱處理,使材料受熱不充分的現(xiàn)象得到較大的改善,從而使最終熱處理的作用得到充分的發(fā)揮。采用球化退化及調質處理等預先熱處理工藝,可使Cr12MoV鋼中的碳化物球化,使其難以形成網(wǎng)絡狀分布,可提高材料的韌性。
(1)預先熱處理可有效改善Cr12MoV鋼中碳化物的形貌與分布;雙重固溶球化處理最好,球化退火次之,高溫調質處理效果相對較差。
(2)經雙重固溶球化預處理后材料的韌性有較大提高,最終熱處理的淬火溫度對材料的韌性影響較大。
(3)預先熱處理:雙重固溶球化(1130℃淬火+680℃+750℃+680℃多階段高溫回火處理)+最終熱處理:(1030℃淬火+400℃/260℃回火)的熱處理工藝可有效提高Cr12MoV鋼的強韌性。