Cr12MoV冷作模具鋼熱處理工藝及性能分析＊

孫秀華，劉 明，馬 野，李 鵬，高 強(qiáng)，林晶晶，徐曉慧

（撫順特殊鋼股份有限公司，遼寧撫順 113001）

1 引言

Cr12-Mo-V 型冷作模具鋼為高碳高鉻冷作模具鋼，高的含碳量和含鉻量，形成大量的碳化鉻和高合金馬氏體，具有高硬度和高耐磨性，加入鉬、釩沖擊韌性提高，應(yīng)用在高硬度、高耐磨性、以及耐沖擊的冷作模具上[1~2]，通用鋼種為Cr12MoV 和Cr12Mo1V1，兩鋼種的合金化差別是Cr12MoV 的鉬、釩含量低于Cr12Mo1V1，Cr12MoV 的鉬、釩含量為0.40%~0.60%、0.15%~0.30%，Cr12Mo1V1 的鉬、釩含量為0.70%~1.20%、0.50%~1.10%，本文對(duì)兩鋼種的熱處理工藝及性能進(jìn)行了對(duì)比分析。

2 試驗(yàn)用料及試驗(yàn)方法

試驗(yàn)用料取自撫鋼生產(chǎn)的Cr12MoV 和Cr12Mo1V1，生產(chǎn)工藝為：EAF+LF+VD冶煉，澆注1.2t鋼錠，精鍛機(jī)鍛造圓鋼φ120mm，化學(xué)成分見(jiàn)表1所示。

表1 Cr12MoV和Cr12Mo1V1的化學(xué)成分/%

在圓鋼φ120mm 半徑二分之一處切取試驗(yàn)用試樣。不同加熱溫度對(duì)淬火和回火硬度影響試驗(yàn)用試樣尺寸為20×20×10mm，淬火工藝900℃~1,080℃×40min×油淬，回火工藝200℃~650℃×2h×空冷。沖擊韌性對(duì)比試驗(yàn)采用11×11×55mm 的毛坯試樣進(jìn)行淬火+回火熱處理，然后磨床磨制不開(kāi)口10×10×55mm試樣進(jìn)行沖擊功測(cè)試。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 不同加熱溫度對(duì)淬火硬度的影響

Cr12MoV 和Cr12Mo1V1 在900℃~1,080℃不同加熱溫度對(duì)淬火硬度的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同加熱溫度的淬火硬度曲線

由圖1 可見(jiàn)，Cr12MoV 和Cr12Mo1V1 的淬火硬度均隨溫度的升高先升高，達(dá)到峰值后隨溫度的升高又降低。Cr12MoV 和Cr12Mo1V1 鋼中的鉻、鉬、釩均以碳化物的形式存在，且隨著加熱溫度的升高溶解度增大，而淬火硬度與淬火后馬氏體中的碳和鉻、鉬、釩含量有關(guān)，含量多則硬度高，低溫加熱時(shí),碳化物溶解的少,淬火后馬氏體中的碳和鉻、鉬、釩含量少,硬度就低,高溫加熱時(shí),碳化物溶解的多,淬火后馬氏體中的碳和鉻、鉬、釩含量多，硬度就高，而當(dāng)加熱溫度過(guò)高時(shí),碳化物過(guò)分溶解,淬火時(shí)得到少量粗大馬氏體和大量殘余奧氏體, 少量粗大馬氏體中的碳和鉻、鉬、釩含量少，使硬度降低[3]。

由圖1還可見(jiàn)，低溫加熱時(shí)，Cr12MoV淬火硬度高于Cr12Mo1V1，高溫加熱時(shí)則相反，Cr12MoV 在1,020℃加熱時(shí)淬火硬度達(dá)到峰值為64.5HRC，Cr12Mo1V1 在1,060℃加熱時(shí)淬火硬度達(dá)到峰值為64.5HRC。Cr12MoV 和Cr12Mo1V1 低溫淬火是溶解鉻的碳化物使硬度提高，高溫淬火是溶解鉬和釩的碳化物使硬度提高[4]，Cr12Mo1V1 的鉬、釩含量高于Cr12MoV，故淬火硬度峰值溫度高于Cr12MoV，且高溫加熱時(shí)淬火硬度也較高。

Cr12MoV 和Cr12Mo1V1 峰值淬火硬度的組織如圖2所示，為隱針狀馬氏體+大塊狀共晶碳化物+顆粒狀二次碳化物+殘余奧氏體，Cr12Mo1V1 的二次碳化物顆粒小且數(shù)量少于Cr12MoV，是由于淬火溫度高導(dǎo)致碳化物溶解的多，Cr12MoV 為1,020℃淬火，Cr12Mo1V1為1,060℃淬火。

圖2 峰值淬火硬度的組織

綜上試驗(yàn)結(jié)果及分析，Cr12MoV和Cr12Mo1V1淬火加熱溫度采用980℃~1,020℃和1,020℃~1,060℃較為適宜，淬火硬度范圍均為60~64.5HRC。

3.2 不同加熱溫度對(duì)回火硬度的影響

采用峰值淬火硬度的溫度淬火，Cr12MoV 為1,020℃淬火，Cr12Mo1V1 為1,060℃淬火，然后在200℃~650℃進(jìn)行回火，硬度對(duì)比結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同加熱溫度的回火硬度曲線

由圖3 可見(jiàn)，Cr12MoV 和Cr12Mo1V1 回火硬度隨溫度升高的變化趨勢(shì)是先緩慢降低，再緩慢升高，最后急劇下降，低溫200℃~350℃，回火硬度隨溫度的升高緩慢降低，200℃回火硬度兩鋼種均為62.5HRC，中溫400℃~500℃，隨溫度的升高回火硬度緩慢升高，500℃達(dá)到最高硬度，且Cr12Mo1V1 硬度高于Cr12MoV，Cr12Mo1V1 為 61HRC，Cr12MoV 為58.5HRC，高溫500℃后，回火硬度隨溫度的升高急劇下降，Cr12Mo1V1由于鉬、釩含量比Cr12MoV略高，回火穩(wěn)定性略好，硬度略高于Cr12MoV。

從理論上講，隨著回火溫度的升高，硬度呈下降趨勢(shì)，合金元素加入后，回火穩(wěn)定性增大，硬度下降的趨 勢(shì) 減慢[5]。Cr12MoV 和Cr12Mo1V1 低 溫300℃~400℃析出鉻的碳化物，硬度下降緩慢，溫度再升高，析出鉬和釩的碳化物產(chǎn)生二次硬化，Cr12Mo1V1 鉬、釩含量高，比Cr12MoV二次硬化明顯，500℃二次硬化達(dá)到最高值，高溫500℃后，碳化物長(zhǎng)大和α相再結(jié)晶使硬度急劇下降，所以，Cr12MoV 和Cr12Mo1V1 采用200℃低溫回火和500℃高溫回火具有較高的硬度，200℃低溫回火硬度均為62.5HRC，500℃高溫回火硬度Cr12MoV為58.5HRC、Cr12Mo1V1為61HRC。

3.3 沖擊韌性對(duì)比

采用峰值淬火硬度的溫度淬火，Cr12MoV 為1,020℃淬火，Cr12Mo1V1 為1,060℃淬火，然后在200℃低溫回火進(jìn)行沖擊韌性對(duì)比，結(jié)果如表2 所示。由表2 可見(jiàn)，Cr12MoV 和Cr12Mo1V1 的200℃低溫回火硬度相同均為62.5HRC，縱向沖擊功分別約為30J和40J，說(shuō)明相同硬度時(shí)，Cr12Mo1V1 沖擊韌性好于Cr12MoV，由于鉬和釩有細(xì)化晶粒作用，可使沖擊韌性提高，Cr12Mo1V1 比Cr12MoV 的鉬和釩含量高，故沖擊韌性好于Cr12MoV。

表2 沖擊韌性試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

（1）Cr12MoV和Cr12Mo1V1淬火加熱溫度分別為980℃~1,020℃和1,020℃~1,060℃較為適宜，淬火硬度范圍均為60~64.5HRC，Cr12MoV 在1,020℃淬火硬度達(dá)到峰值為64.5HRC，Cr12Mo1V1在1,060℃淬火硬度達(dá)到峰值為64.5HRC。

（2）Cr12MoV 和Cr12Mo1V1 淬火后可采用200℃低溫回火和500℃高溫回火兩種工藝，200℃低溫回火硬度均為62.5HRC，500℃高溫回火硬度Cr12MoV 為58.5HRC、Cr12Mo1V1為61HRC。

（3）Cr12Mo1V1 沖擊韌性好于Cr12MoV，200℃低溫回火Cr12Mo1V1 和Cr12MoV 縱向沖擊功分別約為40J和30J。