延長沖模Cr12MoV凸模使用壽命的工藝研究

陳清泉　陳克飛　向思考

摘 要 生產企業中用Cr12MoV鋼制造的凸模在沖壓生產中使用壽命差異很大，容易發生型腔崩刃和開裂現象。我們從整個凸模制造工藝流程進行了多次的檢驗和分析，并進行了一系列的熱處理工藝試驗，確定了最終的熱處理工藝。與常規的熱處理相比改進后的熱處理工藝使凸模的壽命得到顯著延長。

關鍵詞 Cr12Mov 熱處理 使用壽命 金相組織

中圖分類號：TG385 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.05.027

Study on the Technology of Improving the Service

Life of Die Cr12MoV Punch

CHEN Qingquan， CHEN Kefei， XIANG Sikao

（Hu'nan University of Arts and Science Furong College， Changde， Hu'nan 415000）

Abstract Punch production of Cr12MoV steel in stamping production life very different， prone to chipping and cracking phenomenon of cavity. We from the mould manufacturing process was tested and analyzed repeatedly， and heat treatment of a series of the final heat treatment process. Compared with the conventional heat treatment， the improved heat treatment process can significantly improve the service life of the punch.

Key words Cr12Mov； heat treatment； life time； Metallographic structure

0引言

凸模零件的主要作用是用來分離金屬板材的，所以在使用過程中都是直接和金屬板材接觸的，所以凸模的選擇時我們應該要考慮的是具有高的沖擊韌性、耐磨性性和一定的紅硬性的，對此我們應該選用要求比較高的材料，在日常的生產中常用的有T8A、9SiCr、Cr12MoV、Cr12、CrWMn等，Cr12MoV與Cr12相比，含碳量比Cr12鋼低。Cr12MoV具有比較高的淬透性，淬火時的體積變化也要比Cr12鋼小。Cr12MoV在Cr12化學成分基礎上添加了Mo和V兩種元素，這樣使其在力學性能更加優越，所以在如今不斷出現的一些新型的冷作模具材料，比如DC53的某些性能可能優于Cr12MoV，但是在目前的企業生產中還是大量使用Cr12MoV，就是因為性價比最高的還是Cr12MoV材料，以至于Cr12MoV材料廣泛地用作冷作模具工作零件的制造。

某沖壓生產企業用Cr12MoV鋼制造的凸模在沖壓生產中使用壽命差異很大，近一半凸模在沖完5000件產品后出現型腔崩刃和開裂現象。凸模的提前報廢給大大增加了企業的生產成本。為延長Cr12MoV凸模的使用壽命，我們從整個凸模制造工藝流程進行了多次的檢驗和分析，并進行了一系列的熱處理工藝試驗，確定了最終的熱處理工藝。

1 對Cr12MoV鋼原材料進行檢測

1.1 對Cr12MoV鋼原材料進行化學成分檢測

我們用DEX1800型X射線熒光光譜儀對公司庫存Cr12MoV鋼原材料進行化學成分檢測。測試結果如表1所示。

表1 樣品的主要化學成分

查證可知合格的Cr12MoV化學成份：

碳：1.4～1.7；硅：≤0.4；錳：≤0.4；硫：≤0.03；磷：≤0.03；鉻：11.0～12.5；鎳：允許殘余含量≤0.25；銅：允許殘余含量≤0.30；釩：0.15～0.30；鉬：0.40～0.60。

所以公司庫存Cr12MoV鋼原材料為合格的。

1.2 對Cr12MoV鋼原材料進行金相組織檢驗

金相分析：在Cr12MoV工件上采用線切割截取試件，經過粗磨、細磨、拋光，然后采用4%硝酸酒精侵蝕，在顯微鏡下觀察組織，進行金相分析，如圖1、2所示，組織為回火馬氏體、少量殘余奧氏體以及呈帶狀及網狀分布的不均勻碳化物。

圖1 橫截面圖 圖 2 縱截面

發現炭化物的形狀不規則、周邊有尖角銳邊、成大塊團狀且不均勻分布級別很高，基體組織晶粒的粗大。

2 對其組織和性能進行分析

2.1 進過不同熱處理的硬度

Cr12MoV鋼經過不同溫度的淬火和不同溫度的回火后的硬度是不同的實驗數據見表2所示。

從表2中可以看出：

（1）Cr12Mov鋼經過淬火后的硬度與淬火的溫度有非常大關系，從表2中可以看出980～1040℃淬火的最高硬度為63～65HRC。

（2）1300℃淬火，520℃回火3次，硬度僅提高到53HRC，在溫度為550℃下回火1～2次，硬度回升高到57.5HRC。在溫度為1200℃下淬火，溫度為520℃下回火3次，此時的硬度沒有什么變化，但是經溫度為550℃下經過2次回火，硬度可以升高到59HRC。

2.2 不同熱處理的金相組織

Cr12Mov鋼經過不同的熱處理金相組織變化很大。

（1）800～880℃淬火，未回火的Cr12Mov金相組織為：馬氏體+屈氏體+碳化物。可以看出材料碳化物偏析比較嚴重，其中奧氏體的成分不均勻，其穩定性程度是不同，硬度也是由低到高的。（2）在溫度為950℃，980℃，1010℃時淬火，但是沒有經過回火的Cr12Mov鋼的金相組織為：馬氏體+碳化物+殘留奧氏體。

通過對Cr12MoV鋼的分析，可以知道Cr12MoV鋼中存在大量的炭化物，而且嚴重偏析，所以不同的熱處理對其性能的影響很大，不同的性能是由不同的內部組織結構決定的，不同的金相組織是由不同的熱處理工藝決定的。

3熱處理方案的確定

Cr12MoV鋼對熱處理工藝的要求比較高，處理不好很容易造成模具的過早失效。我們要確定Cr12MoV鋼的內部組織和性能之間的關系，嚴格控制熱處理的工藝參數，從而達到提高Cr12MoV鋼的使用性能，延長Cr12MoV鋼的使用壽命的目的。

決定Cr12MoV凸模各項使用性能、使用壽命是和材料的各項力學性能的關系有關。Cr12MoV凸模在工作時的內部組織狀態是回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體。

要使綜合力學性能比較好。

（1）奧氏體的存在會使得磨削過程中，會產生磨削裂紋，還會形成淬火軟點，降低淬火硬度，使工具鋼疲勞強度下降。就應該盡最大的可能減少其中殘余奧氏體存在的數量。

（2）碳化物會使淬透性下降，淬火后可能存在珠光體類組織，使硬度下降。所以要使得碳化物均勻分布、碳化物要趨于圓形、顆粒盡量細小、彌散度越高越好。

（3）要減少基體組織的熱應力、組織應力，細化基體組織的晶粒。

通過對其組織和性能的分析，確定了3種熱處理方案。

我們制作3組試樣，試樣分別經過以下三種方案進行熱處理

方案1：鍛件球化退火+980℃低溫淬火210℃低溫回火；

圖3 Cr12Mov剛球化退火工藝

球化退火后的組織是索氏體型珠光體+粒狀碳化物，硬度為207～255HB（如圖3所示）。

從金相組織中依舊可以見到有明顯的沒有溶的細小碳化物（見圖4）。

圖4 方案1金相組織 圖5 方案2金相組織

方案2：980℃連續兩次低溫淬火+760℃高溫回火+980℃低溫淬火175℃低溫回火；

從金相組織中可以看到有回火馬氏體、少量殘余奧氏體和白色塊狀及顆粒狀碳化物，晶界依稀可見（見圖5）。

方案3：1130℃高溫固溶淬火+760℃高溫回火+980℃連續兩次低溫淬火+210℃低溫回火（如圖6所示）。

圖6 Cr12MoV鋼固溶雙細化處理工藝

固溶雙細化處理工藝可以使球化過程速度加快，以及碳化物的大小、分部和形狀得到改善。

圖7 方案3金相組織

金相組織基體為回火馬氏體和少量殘余奧氏體。從金相圖（圖7）中可以看出其中大塊碳化物形狀比較圓滑尖銳部分也溶解了一部分，已經沒有細小的碳化物了。整體輪廓已經變得圓滑，在1130℃高溫固溶淬火+760℃高溫回火處理會使得碳化物溶解，只殘留特別大的碳化物。

通過觀察三組試樣金相組織并照相獲取金相圖樣，在溫度為1130℃下經過高溫淬火，然后進行的溫度為960℃低溫淬火以及最終熱處理。其中高溫淬火會使碳化物的溶解加多碳化物的數量減少，會促進大顆粒的碳化物的溶解，也會促進比較小碳化物的溶解，還會使得比較尖的角溶成圓滑的，粒度趨于一致，形狀更加接近于球粒形狀。經過高溫回火可以使經過高溫淬火后的殘留奧氏體分解，溶入基體的碳化物再度均勻彌散析出，使碳化物的形態、大小及分布得到改善。會使碳化物的形狀、分布、球化程度以及粒度進一步得到提高，同時也會使晶粒變得非常細小。經過固溶雙細化處理后的模具的使用壽命會大大高于傳統工藝制造出來的模具（大于2倍），其中的原因就在于模具韌度和塑性都得到了提高。經過分析組織性能我們得出結論：方案3是最好的。

4 結語

我們從整個凸模制造工藝流程進行了多次的檢驗和分析，并且對Cr12MoV鋼原材料進行化學成分檢測、進行金相組織檢驗，找出型腔崩刃和開裂現象的原因。并進行了一系列的熱處理工藝試驗，確定了最終的熱處理工藝。延長沖模Cr12MoV凸模使用壽命，大大降低了企業的生產成本。

基金項目：湖南省大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目（湘教通[2014]248號），項目序號：402，項目名稱：提高冷作模具鋼Cr12MoV使用性能的研究

參考文獻

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