Cr12Mo1V1鋼制塔盤沖孔模具制造

鞠小虎?高利和?里楊

摘要：CR12MO1V1鋼是目前國內(nèi)廣泛使用的冷作模具鋼常用材料之一。該鋼屬于高耐磨微變形冷作模具鋼，其特點是具有高的耐磨性、淬透性、微變形、高熱穩(wěn)定性、高抗彎強度，僅次于高速鋼，是沖模、冷鐓模等的重要材料。該鋼雖然強度、硬度高，耐磨性好，但其韌度較差，用其制做模具時對機加工工藝和熱處理工藝要求較高。

關(guān)鍵詞：CR12MO1V1鋼;熱處理;機加

近年，接到公司一設(shè)備C5001A塔盤沖孔任務(wù)。在沖孔模具選材上，綜合考慮沖孔效率、模具耐用性等方面，最終選擇CR12MO1V1鋼材作為沖孔模具制造材料。該CR12MO1V1鋼經(jīng)強韌化熱處理后，經(jīng)實際操作，滿足了工件生產(chǎn)要求。

該模具雖然加工方式比較簡單，但由于沖孔數(shù)量校多，如果模具耐磨性、韌性差，在生產(chǎn)過程中模具出現(xiàn)問題時候重新裝卸就會很繁瑣，難以保證工作效率，更談不上保證工期了。

一、對CR12MO1V1鋼材沖孔模具熱處理的控制

在CR12MO1V1鋼制造沖孔模具熱處理方面，主要結(jié)合材料原始成分控制、材料原始組織、工藝流程（毛邊處理）、熱處理工藝、如果有開裂則必須保留端口開裂照片及試樣等方面對模具熱處理加以控制。

當(dāng)模具熱處理后硬度達到HRC60時，在生產(chǎn)實踐中容易出現(xiàn)模具開裂現(xiàn)象。開裂的原因很多，如果出現(xiàn)工件一淬火后就直接開裂的現(xiàn)象則一般是結(jié)合以下幾點對開裂原因進行分析：

a）材料供應(yīng)選錯致熱處理工藝不合適，故應(yīng)嚴格掌控材料供應(yīng)質(zhì)量關(guān);

b）冷卻不當(dāng)，在Ms溫度以下快冷，應(yīng)力過大;

c）工件截面尺寸相差太大，或孔洞很多，或有應(yīng)力集中的地方，故此嚴格控制模具加工精度及表面粗糙度;

d）淬火加熱溫度過高，晶粒粗大，脆性大。過燒時晶界氧化或熔化;

e）工件沒有預(yù)熱，加熱速度過大引起加熱開裂;

f）原始組織不良，原材料存在網(wǎng)狀共晶碳化物或球化退火不良，或原材料有顯微裂紋，淬火時裂紋擴大開裂。結(jié)合實踐，CR12MO1V1鋼碳化物級別應(yīng)不大于2級;

g）重復(fù)淬火前未進行中間退火;

h）淬火后未及時回火;

二、試驗結(jié)果

以下兩表為不同試驗淬火和回火溫度對CR12MO1V1鋼材的影響。

從表中可以看出CR12MO1V1鋼采用中淬火溫度（1025-1030℃）（即正常淬火）提高了基體的碳濃度，合金碳化物也進一步熔解，硬度達最高值，同時殘留奧氏體量也上升到近40%。淬火硬度在HRC62-63左右。淬火后可以在180-200℃低溫回火，獲得最高的硬度和最佳的耐磨性，但韌性稍低，不能在重負荷的冷沖模中使用。

在中淬火溫度淬火后也可以在380-400℃回火，但硬度將下降到HRC58左右，可獲得最佳的強韌性配合并明顯提高冷鍛模的斷裂抗力，但耐磨性下降。Cr12Mo1V1鋼超過1050℃以上溫度淬火（即高淬）均屬于高淬火溫度淬火。淬火后的殘留奧氏體量也急劇上升到40-60%，由于殘留奧氏體量增加，淬火硬度降低至HRC55左右。

高溫回火（520-540℃）后，一定要進行三次回火。另外，隨著淬火溫度的升高，鋼中晶粒度迅速長大，1080℃晶粒度長至9級，1150℃甚至長至7-8級。淬火溫度提高碳化物數(shù)量（體積分數(shù)）減少，所以韌性強度降低，耐磨性也有所降低，但紅硬性提高。高溫回火后的硬度也可達到HRC62以上。

工藝最終確定采用1020℃淬火，250℃回火為常規(guī)工藝參數(shù)，并以此作為強韌化熱處理工藝基礎(chǔ)，工藝如下：

850℃預(yù)熱—1050℃加熱—620℃分級，時間一般在2—3分鐘—油冷冷卻至200度左右—（也可260度貝氏體等溫）—250℃回火2—3次，每次2小時。

硬度綜合控制在58—61HRC左右。

三、對模具機加工方面的其它要求

模具先由普通機床加工出坯件，再由線切割完成模具刃口或型腔加工。線切割加工需要注意的問題是線切割中的工件變形與加工表面應(yīng)力的改變。工件經(jīng)熱處理淬硬后進行線切割時，破壞了材料的內(nèi)部殘留應(yīng)力的相對平衡狀態(tài)，殘留應(yīng)力引起的變形不但影響工件的加工尺寸。局部的高應(yīng)力還可能造成材料產(chǎn)生裂紋甚至開裂而報廢。

線切割加工后，模具表面的殘留拉應(yīng)力作用深度有限，不會使模具整體開裂，即線切割加工后模具表面的殘留拉應(yīng)力不會是引起模具開裂的主要原因。但是模具的使用壽命不僅與基體的強韌度有關(guān)，而且與模具工作表面的組織、顯微裂紋和殘留應(yīng)力的分布有密切的關(guān)系。目前，為減少線切割加工過程對模具壽命的影響，主要采取如下措施：

（一）預(yù)開工藝腔

對于硬度要求較高、型腔幾何形狀復(fù)雜的凸、凹模，可在工件熱處理淬火前先機加工成型孔，適當(dāng)留下加工余量，預(yù)留穿絲工藝孔。改變內(nèi)應(yīng)力分布，有效防止線切割時開裂，根據(jù)模具形狀，盡量將工藝孔加大，也有利于內(nèi)應(yīng)力的釋放。

（二）改進設(shè)計結(jié)構(gòu)，避免凹角

將凹角改為圓弧過渡，會消除熱處理時應(yīng)力集中的現(xiàn)象，消除了淬火隱性裂紋，防止線切割時裂紋的產(chǎn)生。

（三）合理選用線切割加工工藝參數(shù)

在滿足一定生產(chǎn)效率的前提下。盡可能采用低電流、低切割速度、小脈寬和低線速，可以有效減小線切割時的應(yīng)力，防止裂紋的產(chǎn)生。

（四）補充回火

在線切割后立即進行補充回火，一方面消除線切割過程中形成的附加應(yīng)力，同時也改善線切割表層的白亮組織。補充回火溫度可低于模具回火溫度20～40℃，回火時間一般為3～5 h。對防止線切割模具在存放或使用中開裂、保持模具日后使用中尺寸的穩(wěn)定性和使用壽命都極有好處。

四、結(jié)束語

對CR12MO1V1鋼制模具在熱處理及機加工藝方面進行了工藝研究，經(jīng)生產(chǎn)應(yīng)用表明，其良好的強韌性對提高模具壽命起到了較明顯后果，結(jié)合實際操作，該磨具在沖孔1000件左右時，沒有出現(xiàn)斷裂，毛邊、沖孔尺寸超差等現(xiàn)象，提高了工作效率，滿足了工期。

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作者簡介：

鞠小虎（1985.11.08—），男，遼陽石油化纖公司建修公司，工程師。

作者單位：中國石油遼陽石油化纖公司建修公司