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        Cr12MoV冷作模具鋼熱處理工藝及性能分析*

        2022-07-26 05:30:22孫秀華林晶晶徐曉慧
        模具制造 2022年6期
        關(guān)鍵詞:沖擊韌性碳化物馬氏體

        孫秀華,劉 明,馬 野,李 鵬,高 強,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%,本文對兩鋼種的熱處理工藝及性能進行了對比分析。

        2 試驗用料及試驗方法

        試驗用料取自撫鋼生產(chǎn)的Cr12MoV 和Cr12Mo1V1,生產(chǎn)工藝為:EAF+LF+VD冶煉,澆注1.2t鋼錠,精鍛機鍛造圓鋼φ120mm,化學(xué)成分見表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用試樣。不同加熱溫度對淬火和回火硬度影響試驗用試樣尺寸為20×20×10mm,淬火工藝900℃~1,080℃×40min×油淬,回火工藝200℃~650℃×2h×空冷。沖擊韌性對比試驗采用11×11×55mm 的毛坯試樣進行淬火+回火熱處理,然后磨床磨制不開口10×10×55mm試樣進行沖擊功測試。

        3 試驗結(jié)果及分析

        3.1 不同加熱溫度對淬火硬度的影響

        Cr12MoV 和Cr12Mo1V1 在900℃~1,080℃不同加熱溫度對淬火硬度的影響試驗結(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,Cr12MoV 和Cr12Mo1V1 的淬火硬度均隨溫度的升高先升高,達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,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,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)加熱溫度過高時,碳化物過分溶解,淬火時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,低溫加熱時,Cr12MoV淬火硬度高于Cr12Mo1V1,高溫加熱時則相反,Cr12MoV 在1,020℃加熱時淬火硬度達到峰值為64.5HRC,Cr12Mo1V1 在1,060℃加熱時淬火硬度達到峰值為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℃進行回火,硬度對比結(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,Cr12MoV 和Cr12Mo1V1 回火硬度隨溫度升高的變化趨勢是先緩慢降低,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,合金元素加入后,回火穩(wěn)定性增大,硬度下降的趨 勢 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℃二次硬化達到最高值,高溫500℃后,碳化物長大和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℃低溫回火進行沖擊韌性對比,結(jié)果如表2 所示。由表2 可見,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,說明相同硬度時,Cr12Mo1V1 沖擊韌性好于Cr12MoV,由于鉬和釩有細化晶粒作用,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℃淬火硬度達到峰值為64.5HRC,Cr12Mo1V1在1,060℃淬火硬度達到峰值為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。

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