Cr12MoV模具鋼的回火工藝

模具是現代制造業核心工具,是工業制造中*的成型工具。近20年來，我國模具工業發展非常迅速,尤其是近幾年,模具需求一直以每年15%左右的速度快速增長。國民經濟的高速發展對模具工業提出了越來越高的要求，也為其發展提供了強大的動力。作為主要模具材料的模具鋼則是模具制造的基礎,隨著模具工業的迅速發展,對模具鋼的數量、質量、品種、規格、性能等各個方面提出更高、更新的要求。Cr12MoV鋼是應用最為廣泛的冷作模具鋼"。雖然強度、硬度較高,耐磨性好，但其韌度較差,對熱加工工藝和熱處理工藝要求較高，處理工藝不當，很容易造成模具的過早失效[2-3]。

研究發現,淬火過程中得到馬氏體加下貝氏體復相組織具有比單一馬氏體或者下貝氏體組織更好的強韌性[°;另外,淬火后組織中含有適量的殘留奧氏體可一定程度上提高材料的韌性,對于合金鋼來說,合金元素的種類和含量對鋼淬火后殘留奧氏體的量也有顯著影響[5;合理的淬火溫度會使鋼保留需要的高溫組織和細小的晶粒,以保證回火后獲得良好的綜合性能。

近年來,國內外學者在Cr12MoV鋼熱處理新工藝方面開展了廣泛的研究[68]。研究表明,Cr12MoV鋼中碳化物的形態和分布對其韌性有很大影響(彌散碳化物析出強化)。因此,通過適當的回火工藝控制材料組織中碳化物的形狀、數量、尺寸和分布等,可改善強韌性，獲得較高的綜合力學性能。另外,不同回火溫度對合金鋼的拉伸和沖擊性能有很大影響,通常情況下,增加回火溫度會增加沖擊韌性并降低拉伸強度;由于二次硬化現象的發生,在500 ~600 ℃間增加回火溫度也可一定程度上提高合金鋼的硬度。綜上,在Cr12MoV熱處理工藝開發已取得了一些成果,但也存在工藝過程較復雜.熱處理過程能源消耗大等缺點。本論文擬通過研究不同回火工藝參數條件下Cr12MoV鋼的微觀組織和力學性能特征,進而找出更節能的熱處理工藝。

試驗采用的Cr12MoV鋼是一種典型的高碳高合金鋼,其化學成分見表1。將用于熱處理的Cr12MoV鋼加工成大小為$b20 mm x 50 mm 的圓柱試樣,進行調質試驗,具體工藝為1025℃淬火,在490、510 ℃分別保溫0.5、3 h。對熱處理后的試樣進行力學性能分析和微觀組織表征。為了檢驗熱處理后試樣的切削性和耐磨性,采用MHT-10顯微硬度測量儀(載荷砝碼100 g,加載時間10 s)對硬度進行測量;利用Rigaku PSPC/MICRO應力分析儀對殘余應力進行測量,具體位置見圖1。采用JEOLJXA-8100電子探針(EPMA )對元素分布進行測定;采用ZEISS Axiovert 200 MAT光學顯微鏡觀察微觀組織分布;采用Rigaku Smartlab X射線衍射儀對不同衍射峰進行物相標定,通過相對強度法計算殘留奧氏體體積分數。

畸變量及力學性能分析

圖2為不同回火條件下Cr12MoV鋼試樣畸變量、殘余應力和硬度分布的測量結果。從圖2中可以看出,不論是試樣底面還是側面,當回火時間由0.5 h增加到3 h時,殘余應力顯著降低,畸變量顯著減小。通常情況下,表面壓應力越高,則疲勞強度越高,切削性能越差。因此,通過增加回火時間降低表面壓應力,可提高鋼的切削性能。通過比較490℃和510℃回火溫度下的測量結果,發現與回火時間相比,回火溫度對畸變量和殘余應力的影響較小。

圖2( c)為測量得到的硬度結果?？梢钥闯?盡管隨著回火時間的增加 ,最大硬度值降低,但當回火時間較長時,試樣不同位置的硬度分布更為均勻。當前研究采用的Crl2MoV鋼熱處理前硬度為654HVO.1 ,熱處理后各測定點硬度均大于此值,并沒有因為回火處理出現硬度下降。另外,從圖2( c)中還可以看出,不同回火溫度條件下測量得到的硬度結果變化較小。

1)當回火時間由0.5 h增加到3 h時,可顯著降低Crl2MoV鋼試樣熱處理后的畸變量和殘余應力,并且試樣表面硬度分布更均勻。

2)當回火時間由0.5 h增加到3 h時, Crl2 MoV鋼中殘留奧氏體含量顯著降低,回火組織晶粒尺寸更細小,合金碳化物分布更均勻。通過EPMA分析可得,回火后主要的碳化物為碳化鉬。

3)通過對510C和490C回火溫度條件下試樣進行比較，發現試樣熱處理后力學性能和微觀組織基本不變。因此,采用490 C、3 h的回火工藝可以同時滿足提高力學性能和節能的需要。