Cr12MoV模具钢的回火工艺

模具是现代制造业核心工具,是工业制造中*的成型工具。近20年来，我国模具工业发展非常迅速,尤其是近几年,模具需求一直以每年15%左右的速度快速增长。国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，也为其发展提供了强大的动力。作为主要模具材料的模具钢则是模具制造的基础,随着模具工业的迅速发展,对模具钢的数量、质量、品种、规格、性能等各个方面提出更高、更新的要求。Cr12MoV钢是应用最为广泛的冷作模具钢"。虽然强度、硬度较高,耐磨性好，但其韧度较差,对热加工工艺和热处理工艺要求较高，处理工艺不当，很容易造成模具的过早失效[2-3]。

研究发现,淬火过程中得到马氏体加下贝氏体复相组织具有比单一马氏体或者下贝氏体组织更好的强韧性[°;另外,淬火后组织中含有适量的残留奥氏体可一定程度上提高材料的韧性,对于合金钢来说,合金元素的种类和含量对钢淬火后残留奥氏体的量也有显著影响[5;合理的淬火温度会使钢保留需要的高温组织和细小的晶粒,以保证回火后获得良好的综合性能。

近年来,国内外学者在Cr12MoV钢热处理新工艺方面开展了广泛的研究[68]。研究表明,Cr12MoV钢中碳化物的形态和分布对其韧性有很大影响(弥散碳化物析出强化)。因此,通过适当的回火工艺控制材料组织中碳化物的形状、数量、尺寸和分布等,可改善强韧性，获得较高的综合力学性能。另外,不同回火温度对合金钢的拉伸和冲击性能有很大影响,通常情况下,增加回火温度会增加冲击韧性并降低拉伸强度;由于二次硬化现象的发生,在500 ~600 ℃间增加回火温度也可一定程度上提高合金钢的硬度。综上,在Cr12MoV热处理工艺开发已取得了一些成果,但也存在工艺过程较复杂.热处理过程能源消耗大等缺点。本论文拟通过研究不同回火工艺参数条件下Cr12MoV钢的微观组织和力学性能特征,进而找出更节能的热处理工艺。

试验采用的Cr12MoV钢是一种典型的高碳高合金钢,其化学成分见表1。将用于热处理的Cr12MoV钢加工成大小为$b20 mm x 50 mm 的圆柱试样,进行调质试验,具体工艺为1025℃淬火,在490、510 ℃分别保温0.5、3 h。对热处理后的试样进行力学性能分析和微观组织表征。为了检验热处理后试样的切削性和耐磨性,采用MHT-10显微硬度测量仪(载荷砝码100 g,加载时间10 s)对硬度进行测量;利用Rigaku PSPC/MICRO应力分析仪对残余应力进行测量,具体位置见图1。采用JEOLJXA-8100电子探针(EPMA )对元素分布进行测定;采用ZEISS Axiovert 200 MAT光学显微镜观察微观组织分布;采用Rigaku Smartlab X射线衍射仪对不同衍射峰进行物相标定,通过相对强度法计算残留奥氏体体积分数。

畸变量及力学性能分析

图2为不同回火条件下Cr12MoV钢试样畸变量、残余应力和硬度分布的测量结果。从图2中可以看出,不论是试样底面还是侧面,当回火时间由0.5 h增加到3 h时,残余应力显著降低,畸变量显著减小。通常情况下,表面压应力越高,则疲劳强度越高,切削性能越差。因此,通过增加回火时间降低表面压应力,可提高钢的切削性能。通过比较490℃和510℃回火温度下的测量结果,发现与回火时间相比,回火温度对畸变量和残余应力的影响较小。

图2( c)为测量得到的硬度结果。可以看出,尽管随着回火时间的增加 ,最大硬度值降低,但当回火时间较长时,试样不同位置的硬度分布更为均匀。当前研究采用的Crl2MoV钢热处理前硬度为654HVO.1 ,热处理后各测定点硬度均大于此值,并没有因为回火处理出现硬度下降。另外,从图2( c)中还可以看出,不同回火温度条件下测量得到的硬度结果变化较小。

1)当回火时间由0.5 h增加到3 h时,可显著降低Crl2MoV钢试样热处理后的畸变量和残余应力,并且试样表面硬度分布更均匀。

2)当回火时间由0.5 h增加到3 h时, Crl2 MoV钢中残留奥氏体含量显著降低,回火组织晶粒尺寸更细小,合金碳化物分布更均匀。通过EPMA分析可得,回火后主要的碳化物为碳化钼。

3)通过对510C和490C回火温度条件下试样进行比较，发现试样热处理后力学性能和微观组织基本不变。因此,采用490 C、3 h的回火工艺可以同时满足提高力学性能和节能的需要。