Cr12MoV鋼彎曲翻邊模的失效分析

羅 楠

（陜西國防工業職業技術學院，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。但其韌性較差，對熱處理工藝要求很高，處理不當時很容易降低模具的使用壽命。鋼中大量碳化物的存在會引起零件熱處理過程中不均勻變形乃至早期失效，例如因晶粒粗大、碳化物分布不均勻引起的Cr12MoV模具鋼寬帶激光淬火開裂，Cr12MoV鋼冷沖裁模使用壽命顯著降低等失效事故頻發[1-3]。為此，本文通過分析Cr12MoV鋼彎曲翻邊模的斷裂失效的原因，研究不同的回火溫度對Cr12MoV鋼韌性、硬度以及組織的影響。

1 試驗過程

1.1 失效模具分析

對失效模具進行斷口組織觀察和硬度、沖擊韌性的檢測，分析鋼彎曲翻邊模的失效原因。

表1 Cr12MoV鋼化學成分 ωB/%

表2 Cr12MoV鋼的熱處理工藝

1.2 回火溫度對Cr12MoV鋼的影響

1.2.1 試驗材料

試驗所用Cr12MoV鋼的化學成分如表1所示。

1.2.2 試驗過程

在彎曲翻邊模凹模上取沖擊試樣8個，分別進行淬火溫度相同而回火溫度不同的熱處理。具體熱處理工藝見表2。

1.2.3 分析設備

用ZOOM645體視顯微鏡對斷口進行宏觀觀察，用LEICA MEF4M型金相顯微鏡進行金相分析，用JSM-5410LV掃描電鏡對斷口進行微觀檢查，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。

2 結果及分析

2.1 模具失效分析

宏觀觀察，凹模沿螺紋孔、脫模孔處開裂，裂紋源區均位于螺紋孔處及凹模與上模座接觸面的應力集中部位。從圖1發現斷口呈小平面及少量撕裂棱混合的準解理形貌。金相觀察發現晶粒度為9～10級；共晶碳化物不均勻度為4～5級，符合GB/T149479-94的要求。測得凹模表面、心部的平均硬度值分別為58.0HRC、63.0HRC，沖擊韌度為 2.5J/cm2。凸模表面硬度為 53.0～55.0HRC，凹模表面硬度為57.0～60.0HRC是合理的。材料成分及金相組織正常，分析認為碳化物的網絡狀分布是裂紋擴展的“路徑”；模具斷裂為回火不充分、材料韌性偏低所致。

表3 不同熱處理制度下的力學性能對比（沖擊試樣開U型缺口）

圖1 斷口形貌

2.2 不同回火溫度對Cr12MoV鋼力學性能的影響

從表3可以看出，隨著回火溫度的增加，材料硬度值有所降低，然而沖擊韌度值的變化不明顯。硬度隨淬火溫度變化主要是受奧氏體合金度的影響，淬火溫度低，符合碳化物溶解少，奧氏體合金度不足，淬火被保留在新生的細晶馬氏體中的碳和合金元素少，故硬度就低。淬火溫度高，碳化物大量溶解，奧氏體合金度高，鋼的硬度就高[4]。從裂紋萌生及擴展的路徑來看，影響材料韌性的主要因素是碳化物的分布、形貌和大小等。從斷口上也可看出，Cr12MoV斷口屬于復雜的準解理斷口形貌，同時具有小平臺和微孔撕裂棱特征，裂紋多起源于碳化物處，沿碳化物積聚方向擴展，尤其是這種網絡狀的碳化物分布更有利于裂紋的擴展。碳化物主要是鉻鐵復合碳化物（Fe,Cr）7C3，其硬度很高，由于Cr的大量存在，使碳化物分布很不均勻，呈帶狀或網狀分布，成為影響鋼質量的主要因素[5]。

圖2 1#，2#試樣

圖3 3#，4#試樣

圖 4 5#，6#試樣

圖 5 7#，8#試樣

2.3 不同回火溫度對Cr12MoV鋼的組織的影響

圖2～5是不同熱處理制度下鋼中碳化物的形貌。從圖中可看到，除了圖5經過400℃回火的組織中碳化物呈斷續的均勻分布外，經過其他幾種回火溫度后碳化物的組織形貌并沒有得到改善，仍以網絡狀分布，對基體組織的連續性存在較嚴重的阻隔作用。由此可見，單純改變回火溫度并不能有效改善Cr12MoV鋼中碳化物的形貌。Cr12MoV鋼的硬度值隨回火溫度的升高而降低。而經過400℃回火后沖擊韌度值有一定的提高。

3 結論

（1）Cr12MoV鋼彎曲翻邊模的裂紋沿著碳化物的網絡狀分布進行擴展；模具斷裂為回火不充分、材料韌性偏低所致。

（2）在常規熱處理規范下，Cr12MoV鋼組織中的碳化物主要以連續的網絡狀分布，嚴重影響了材料的使用性能。

（3）在常規熱處理規范下，隨著回火溫度的升高，Cr12MoV鋼的的硬度值逐漸降低，沖擊韌度未表現出明顯的規律性變化；400℃回火時，材料具有較好的沖擊韌度值，為3.1、3.3J/cm2。