延長(zhǎng)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(chǎn)企業(yè)中用Cr12MoV鋼制造的凸模在沖壓生產(chǎn)中使用壽命差異很大，容易發(fā)生型腔崩刃和開裂現(xiàn)象。我們從整個(gè)凸模制造工藝流程進(jìn)行了多次的檢驗(yàn)和分析，并進(jìn)行了一系列的熱處理工藝試驗(yàn)，確定了最終的熱處理工藝。與常規(guī)的熱處理相比改進(jìn)后的熱處理工藝使凸模的壽命得到顯著延長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞 Cr12Mov 熱處理 使用壽命 金相組織

中圖分類號(hào)：TG385 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(shí)我們應(yīng)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(duì)此我們應(yīng)該選用要求比較高的材料，在日常的生產(chǎn)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(shí)的體積變化也要比Cr12鋼小。Cr12MoV在Cr12化學(xué)成分基礎(chǔ)上添加了Mo和V兩種元素，這樣使其在力學(xué)性能更加優(yōu)越，所以在如今不斷出現(xiàn)的一些新型的冷作模具材料，比如DC53的某些性能可能優(yōu)于Cr12MoV，但是在目前的企業(yè)生產(chǎn)中還是大量使用Cr12MoV，就是因?yàn)樾詢r(jià)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(chǎn)企業(yè)用Cr12MoV鋼制造的凸模在沖壓生產(chǎn)中使用壽命差異很大，近一半凸模在沖完5000件產(chǎn)品后出現(xiàn)型腔崩刃和開裂現(xiàn)象。凸模的提前報(bào)廢給大大增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本。為延長(zhǎng)Cr12MoV凸模的使用壽命，我們從整個(gè)凸模制造工藝流程進(jìn)行了多次的檢驗(yàn)和分析，并進(jìn)行了一系列的熱處理工藝試驗(yàn)，確定了最終的熱處理工藝。

1 對(duì)Cr12MoV鋼原材料進(jìn)行檢測(cè)

1.1 對(duì)Cr12MoV鋼原材料進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)

我們用DEX1800型X射線熒光光譜儀對(duì)公司庫(kù)存Cr12MoV鋼原材料進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)。測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 樣品的主要化學(xué)成分

查證可知合格的Cr12MoV化學(xué)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(kù)存Cr12MoV鋼原材料為合格的。

1.2 對(duì)Cr12MoV鋼原材料進(jìn)行金相組織檢驗(yàn)

金相分析：在Cr12MoV工件上采用線切割截取試件，經(jīng)過粗磨、細(xì)磨、拋光，然后采用4%硝酸酒精侵蝕，在顯微鏡下觀察組織，進(jìn)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(wǎng)狀分布的不均勻碳化物。

圖1 橫截面圖 圖 2 縱截面

發(fā)現(xiàn)炭化物的形狀不規(guī)則、周邊有尖角銳邊、成大塊團(tuán)狀且不均勻分布級(jí)別很高，基體組織晶粒的粗大。

2 對(duì)其組織和性能進(jìn)行分析

2.1 進(jìn)過不同熱處理的硬度

Cr12MoV鋼經(jīng)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2所示。

從表2中可以看出：

（1）Cr12Mov鋼經(jīng)過淬火后的硬度與淬火的溫度有非常大關(guān)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(shí)的硬度沒有什么變化，但是經(jīng)溫度為550℃下經(jīng)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(jīng)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(yán)重，其中奧氏體的成分不均勻，其穩(wěn)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(shí)淬火，但是沒有經(jīng)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(duì)Cr12MoV鋼的分析，可以知道Cr12MoV鋼中存在大量的炭化物，而且嚴(yán)重偏析，所以不同的熱處理對(duì)其性能的影響很大，不同的性能是由不同的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)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(duì)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(nèi)部組織和性能之間的關(guān)系，嚴(yán)格控制熱處理的工藝參數(shù)，從而達(dá)到提高Cr12MoV鋼的使用性能，延長(zhǎng)Cr12MoV鋼的使用壽命的目的。

決定Cr12MoV凸模各項(xiàng)使用性能、使用壽命是和材料的各項(xiàng)力學(xué)性能的關(guān)系有關(guān)。Cr12MoV凸模在工作時(shí)的內(nèi)部組織狀態(tài)是回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體。

要使綜合力學(xué)性能比較好。

（1）奧氏體的存在會(huì)使得磨削過程中，會(huì)產(chǎn)生磨削裂紋，還會(huì)形成淬火軟點(diǎn)，降低淬火硬度，使工具鋼疲勞強(qiáng)度下降。就應(yīng)該盡最大的可能減少其中殘余奧氏體存在的數(shù)量。

（2）碳化物會(huì)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(xì)小、彌散度越高越好。

（3）要減少基體組織的熱應(yīng)力、組織應(yīng)力，細(xì)化基體組織的晶粒。

通過對(duì)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(jīng)過以下三種方案進(jìn)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(xì)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(xù)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(xù)兩次低溫淬火+210℃低溫回火（如圖6所示）。

圖6 Cr12MoV鋼固溶雙細(xì)化處理工藝

固溶雙細(xì)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(jīng)沒有細(xì)小的碳化物了。整體輪廓已經(jīng)變得圓滑，在1130℃高溫固溶淬火+760℃高溫回火處理會(huì)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(jīng)過高溫淬火，然后進(jìn)行的溫度為960℃低溫淬火以及最終熱處理。其中高溫淬火會(huì)使碳化物的溶解加多碳化物的數(shù)量減少，會(huì)促進(jìn)大顆粒的碳化物的溶解，也會(huì)促進(jìn)比較小碳化物的溶解，還會(huì)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(jīng)過高溫回火可以使經(jīng)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(tài)、大小及分布得到改善。會(huì)使碳化物的形狀、分布、球化程度以及粒度進(jìn)一步得到提高，同時(shí)也會(huì)使晶粒變得非常細(xì)小。經(jīng)過固溶雙細(xì)化處理后的模具的使用壽命會(huì)大大高于傳統(tǒng)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(jīng)過分析組織性能我們得出結(jié)論：方案3是最好的。

4 結(jié)語

我們從整個(gè)凸模制造工藝流程進(jìn)行了多次的檢驗(yàn)和分析，并且對(duì)Cr12MoV鋼原材料進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)、進(jìn)行金相組織檢驗(yàn)，找出型腔崩刃和開裂現(xiàn)象的原因。并進(jìn)行了一系列的熱處理工藝試驗(yàn)，確定了最終的熱處理工藝。延長(zhǎng)沖模Cr12MoV凸模使用壽命，大大降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

基金項(xiàng)目：湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目（湘教通[2014]248號(hào)），項(xiàng)目序號(hào)：402，項(xiàng)目名稱：提高冷作模具鋼Cr12MoV使用性能的研究

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