Cr12MoV 滾絲模模具熱處理工藝研究

李國棟，鄭思晨

（青海鹽湖鎂業(yè)有限公司，青海 格爾木 816000）

作為模具用材料，首先我們要從成本進行考慮，作為模具鋼，需要有很好的淬透性、耐磨性，還有具備一定的微變形。在使用過程中，在工作時會產(chǎn)生熱量，因此還得考慮材料的熱穩(wěn)定性，考慮到模具受力，必須考慮高抗彎強度。根據(jù)多項要求，本文選擇了次于高速鋼的Cr12MoV鋼，它的選擇是作為沖模和冷鐓模材質(zhì)的經(jīng)濟之選。在大部分模具產(chǎn)生失效問題后在分析原因時發(fā)現(xiàn)，有很大的因素是在制造時模具熱處理原因?qū)е碌?，?jù)數(shù)據(jù)顯示高達48%，而在失效的模具種中，集中表現(xiàn)出Cr12MnV、CrWMn鋼居多，占到模具鋼的45%以上。綜上訴述，探討模具鋼Cr12MoV鋼在熱處理方面的工藝及其重要。

1 對滾絲模具失效原因及質(zhì)量分析

對滾絲模具質(zhì)量分析要從模具的實用條件做具體分析，根據(jù)冷沖壓模具的工作時是在一定負荷條件下使常溫金屬產(chǎn)生塑性變形并加工成型的條件，要求模具材料具有很高的強度，還需要有良好的塑性和韌性及耐磨性[1]。我們所使用的Cr12MoV鋼，其中含有大量的一次和二次碳化物，其組織是由索氏體狀的珠光體與過剩的復(fù)合碳化物組成在鍛造退火狀態(tài)下，屬于高碳高鉻萊氏體鋼。當(dāng)Cr12MoV鋼在加熱過程中當(dāng)突破臨界點的時候，其碳化物溶解至奧氏體內(nèi)，隨著淬火溫度的升高，溶解到奧氏體內(nèi)的碳化物的量就增加，所含的碳和鉻就增加，結(jié)果淬火后形成的馬氏體的合金度就越高，因此模具硬度越高，耐磨性也隨之增強。但是如果淬火溫度太高，則由于奧氏體晶粒長大及其合金度的過飽和，在淬火冷卻時，除奧氏體被保留下來外，還導(dǎo)致從奧氏體中析出的碳化物沉積于晶界上，這不僅降低硬度，而且導(dǎo)致沖擊韌性顯著下降。

圖1 淬火溫度與沖擊韌性的關(guān)系

圖2 淬火溫度對Cr12MoV硬度的影響

2 熱處理

（1）球化退火。為了獲取細小、均勻的球狀碳化物分布，在經(jīng)過預(yù)處理最為理想的方式就是球化退火。如果使用完全退火，會使Cr12MoV鋼形成網(wǎng)狀碳合物，使其脆性增大而無法使用。經(jīng)過球化退火，其晶體組織為粒狀碳化物+索氏體型珠光體，硬度得到較理想的狀態(tài)，為207～255HB。

圖3 Cr12MoV鋼球化退火工藝

圖4 Cr12MoV鋼的調(diào)質(zhì)處理工藝

（2）調(diào)質(zhì)處理。為了保證工件淬火后由均勻的硬度且有利于淬火后最大程度的減小工件的變形，增大其間的穩(wěn)定尺寸，可采用調(diào)制處理，調(diào)制處理可獲得均勻細致的索式體。另外，鍛件使用常規(guī)球化退火工藝，其實際效果不理想，不能達到要求標(biāo)準(zhǔn)，主要體現(xiàn)在碳化物偏析比較嚴重，然而采用鍛后調(diào)質(zhì)處理，能夠有所改善。除此之外，鍛后余熱直接進行循環(huán)球化退火或者球化退火也是一種有效的辦法。

（3）雙重固溶球化。除了球化退火和調(diào)質(zhì)處理工藝外，在生產(chǎn)一些大型的Cr12MoV鋼冷作模具時，還可采用雙重固溶球化處理工藝，對鍛造模塊直接進行高溫固溶處理+高溫回火預(yù)處理，這樣的工藝可以使碳化物的大小、形狀及分布得到改善，而且加速球化過程，為最后的處理工藝提前準(zhǔn)備好了良好的組織，使熱處理工藝更加謹慎飽滿。

（4）實驗驗證。從提高模具有效使用壽命角度出發(fā)，根據(jù)實驗結(jié)果顯示，Cr12MoV鋼充分預(yù)熱后得到了高度彌散、均勻分布的細顆粒碳化物，在組織結(jié)構(gòu)上為淬火處理做好了準(zhǔn)備，其改善了碳化物的形態(tài)分布。經(jīng)過一系列的預(yù)處理工藝對比發(fā)現(xiàn)，效果最佳的處理工藝為高溫回火加高溫固溶淬火。其預(yù)處理時通過球化退火處理，再進行調(diào)質(zhì)處理和雙重固溶球化處理一系列的預(yù)處理工藝，發(fā)現(xiàn)碳化物顆粒具有分布均勻彌散、細小等特點，效果最為理想。

3 最終熱處理

（1）熱處理工藝。為提高模具的強韌性，進行了以下不同工藝熱處理試驗。工藝1：調(diào)制+1020℃×30min油淬+200℃×2h×3次油淬火。工藝2：調(diào)制+1040℃×30min油淬+200℃×2h×3次油淬火。工藝3：調(diào)制+980℃×30min→250℃×20min油淬+200℃×2h×3次油回火淬火。

①工藝1在1020℃高溫情況下加熱30分鐘后油淬，然后再進行3次200℃加熱2小時油淬的處理工藝，最終組織結(jié)構(gòu)為M+AR+K，其硬度在60～62HRC，經(jīng)過沖擊韌性試驗，其值為61J/cm2，可以得到較高的硬度和耐磨性。②工藝2在工藝1基礎(chǔ)上進一步提高了淬火加熱溫度，在1040℃高溫情況下加熱30分鐘后油淬，然后再進行3次200℃加熱2小時油淬的處理工藝，最終組織結(jié)構(gòu)同樣為M+AR+K，其硬度在58～60HRC，經(jīng)過沖擊韌性試驗，其值為55J/cm2，相比工藝1硬度下降，沖擊韌性降低的現(xiàn)象。③工藝3是亞溫加熱、等溫淬火的工藝，在980℃溫都情況下加熱30分鐘后降溫至250℃20分鐘油淬，然后再進行3次200℃加熱2小時油淬的處理工藝，最終組織結(jié)構(gòu)為B下+M+AR+K，其硬度在59～61HRC，經(jīng)過沖擊韌性試驗，其值為76J/cm2，此工藝使Cr12MoV鋼不僅具有較高的強度，也提高了材料的韌性。

經(jīng)過3種工藝比較，工藝3所采用的方法能夠使模具材料獲得良好強度和韌性的匹配。

4 結(jié)語

根據(jù)以上對Cr12MoV冷沖壓模具的預(yù)處理方法及最終熱處理方式的分析和熱處理工藝實驗的結(jié)果，Cr12MoV鋼最佳強韌化的處理工藝歸納總結(jié)為：預(yù)處理為1000℃固溶+700℃回火2h雙重固溶球化處理，最終熱處理為980℃×30min→250℃×20min油淬+200℃×2h×3次油回火。