Cr12MoV鋼的強韌化處理工藝研究

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，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狀的形態。由于碳化物的硬度很大，在帶狀或網狀分布處會形成薄弱的脆性區，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，得出了較優的熱處理規范。

1 試驗過程

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、形貌及數量對材料的韌性有較大的影響，因此在常規熱處理后，材料的性能并不一定有很大的改善。根據相關文獻報道[3，4]，可采用球化處理以改善碳化物在Cr12MoV鋼中的形態，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、形態及數量。通過試驗得到比較優化的熱處理工藝，從而改善Cr12MoV鋼在模具應用方面的不足。

1.1 試驗材料

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/%

1.2 試驗方法

首先取三組試樣分別進行a、b、c三種方式預先熱處理，選出最優預先熱處理方案。而后另取8個經過最優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。

1.3 分析設備

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

2 分析與討論

2.1 預先熱處理對Cr12MoV鋼碳化物形貌的影響

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，碳化物的網絡狀分布被“打碎”，多呈斷續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，球化退火處理優于高溫調質處理的效果，而雙重固溶球化處理的效果優于前兩者。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、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。

2.2 經預先熱處理后不同最終熱處理對Cr12MoV鋼力學性能的影響

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，使其難以形成網絡狀分布，可提高材料的韌性。

3 結論

（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。