Cr12MoV钢弯曲翻边模的失效分析

罗 楠

（陕西国防工业职业技术学院，陕西西安 710300）

Cr12MoV钢具有高耐磨性、淬透性、高抗弯强度和大承载能力，被广泛应用于各类冷作模具中。但其韧性较差，对热处理工艺要求很高，处理不当时很容易降低模具的使用寿命。钢中大量碳化物的存在会引起零件热处理过程中不均匀变形乃至早期失效，例如因晶粒粗大、碳化物分布不均匀引起的Cr12MoV模具钢宽带激光淬火开裂，Cr12MoV钢冷冲裁模使用寿命显著降低等失效事故频发[1-3]。为此，本文通过分析Cr12MoV钢弯曲翻边模的断裂失效的原因，研究不同的回火温度对Cr12MoV钢韧性、硬度以及组织的影响。

1 试验过程

1.1 失效模具分析

对失效模具进行断口组织观察和硬度、冲击韧性的检测，分析钢弯曲翻边模的失效原因。

表1 Cr12MoV钢化学成分 ωB/%

表2 Cr12MoV钢的热处理工艺

1.2 回火温度对Cr12MoV钢的影响

1.2.1 试验材料

试验所用Cr12MoV钢的化学成分如表1所示。

1.2.2 试验过程

在弯曲翻边模凹模上取冲击试样8个，分别进行淬火温度相同而回火温度不同的热处理。具体热处理工艺见表2。

1.2.3 分析设备

用ZOOM645体视显微镜对断口进行宏观观察，用LEICA MEF4M型金相显微镜进行金相分析，用JSM-5410LV扫描电镜对断口进行微观检查，用HRD-150型硬度计进行硬度检测，用JB-30B冲击试验机对材料的冲击性能进行检测。

2 结果及分析

2.1 模具失效分析

宏观观察，凹模沿螺纹孔、脱模孔处开裂，裂纹源区均位于螺纹孔处及凹模与上模座接触面的应力集中部位。从图1发现断口呈小平面及少量撕裂棱混合的准解理形貌。金相观察发现晶粒度为9～10级；共晶碳化物不均匀度为4～5级，符合GB/T149479-94的要求。测得凹模表面、心部的平均硬度值分别为58.0HRC、63.0HRC，冲击韧度为 2.5J/cm2。凸模表面硬度为 53.0～55.0HRC，凹模表面硬度为57.0～60.0HRC是合理的。材料成分及金相组织正常，分析认为碳化物的网络状分布是裂纹扩展的“路径”；模具断裂为回火不充分、材料韧性偏低所致。

表3 不同热处理制度下的力学性能对比（冲击试样开U型缺口）

图1 断口形貌

2.2 不同回火温度对Cr12MoV钢力学性能的影响

从表3可以看出，随着回火温度的增加，材料硬度值有所降低，然而冲击韧度值的变化不明显。硬度随淬火温度变化主要是受奥氏体合金度的影响，淬火温度低，符合碳化物溶解少，奥氏体合金度不足，淬火被保留在新生的细晶马氏体中的碳和合金元素少，故硬度就低。淬火温度高，碳化物大量溶解，奥氏体合金度高，钢的硬度就高[4]。从裂纹萌生及扩展的路径来看，影响材料韧性的主要因素是碳化物的分布、形貌和大小等。从断口上也可看出，Cr12MoV断口属于复杂的准解理断口形貌，同时具有小平台和微孔撕裂棱特征，裂纹多起源于碳化物处，沿碳化物积聚方向扩展，尤其是这种网络状的碳化物分布更有利于裂纹的扩展。碳化物主要是铬铁复合碳化物（Fe,Cr）7C3，其硬度很高，由于Cr的大量存在，使碳化物分布很不均匀，呈带状或网状分布，成为影响钢质量的主要因素[5]。

图2 1#，2#试样

图3 3#，4#试样

图 4 5#，6#试样

图 5 7#，8#试样

2.3 不同回火温度对Cr12MoV钢的组织的影响

图2～5是不同热处理制度下钢中碳化物的形貌。从图中可看到，除了图5经过400℃回火的组织中碳化物呈断续的均匀分布外，经过其他几种回火温度后碳化物的组织形貌并没有得到改善，仍以网络状分布，对基体组织的连续性存在较严重的阻隔作用。由此可见，单纯改变回火温度并不能有效改善Cr12MoV钢中碳化物的形貌。Cr12MoV钢的硬度值随回火温度的升高而降低。而经过400℃回火后冲击韧度值有一定的提高。

3 结论

（1）Cr12MoV钢弯曲翻边模的裂纹沿着碳化物的网络状分布进行扩展；模具断裂为回火不充分、材料韧性偏低所致。

（2）在常规热处理规范下，Cr12MoV钢组织中的碳化物主要以连续的网络状分布，严重影响了材料的使用性能。

（3）在常规热处理规范下，随着回火温度的升高，Cr12MoV钢的的硬度值逐渐降低，冲击韧度未表现出明显的规律性变化；400℃回火时，材料具有较好的冲击韧度值，为3.1、3.3J/cm2。