Cr12MoV钢的强韧化处理工艺研究

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，尤其是用来制造大断面、复杂形状、需要承受大冲击载荷的模具。由于Cr12MoV钢中存在大量碳化物，且偏析严重，因此不同的热处理工艺对其性能有很大的影响[1，2]。对大型模具来说，这些碳化物很难用常规热处理细化，即使经过大量的塑性变形也会在模具中保留带状或网状的形态。由于碳化物的硬度很大，在带状或网状分布处会形成薄弱的脆性区，模具在一定应力或冲击载荷下很容易沿碳化物分布处开裂。为此，本文通过研究碳化物对材料强韧性的影响，分析了预先热处理对碳化物形貌及分布的影响，得出了较优的热处理规范。

1 试验过程

在热处理时，提高回火温度在一定程度上可以提高材料的韧性，也可以减少淬火后产生的内应力。同时，由于Cr12MoV钢中的碳化物分布、形貌及数量对材料的韧性有较大的影响，因此在常规热处理后，材料的性能并不一定有很大的改善。根据相关文献报道[3，4]，可采用球化处理以改善碳化物在Cr12MoV钢中的形态，从而在较大程度上对材料的韧性予以改善。

本文拟采用预先热处理来改善材料中碳化物的分布、形态及数量。通过试验得到比较优化的热处理工艺，从而改善Cr12MoV钢在模具应用方面的不足。

1.1 试验材料

试验所用Cr12MoV钢的化学成分如表1所示。

表1 Cr12MoV钢化学成分 ωB/%

1.2 试验方法

首先取三组试样分别进行a、b、c三种方式预先热处理，选出最优预先热处理方案。而后另取8个经过最优预先热处理后的试样分四组进行最终热处理：两组淬火：980℃，1030℃；两组回火：400℃，260℃，以选出最佳最终热处理方案。

1.3 分析设备

用LEICA MEF4M型金相显微镜观察组织，用JSM-5410LV扫描电镜观察断口组织，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。

表2 Cr12MoV钢的热处理工艺

2 分析与讨论

2.1 预先热处理对Cr12MoV钢碳化物形貌的影响

为了改善组织中碳化物的形貌，对Cr12MoV钢进行三种不同的预先热处理。图1分别为a、b、c三种预先热处理后组织中碳化物的形貌。

从图1中可以看出，a图中组织为索氏体+碳化物，碳化物的网络状分布被“打碎”，多呈断续的短棒状及粒状弥散分布；b中碳化物尖角钝化，分布比较均匀，呈棒状、条状分布，但仍然可见少量网络状分布的痕迹；c中碳化物与a图中较相似，但细小短棒状碳化物多呈线形分布，同时可见大量弥散分布的细小的球形颗粒状强化相析出。

从改善碳化物组织及分布来看，球化退火处理优于高温调质处理的效果，而双重固溶球化处理的效果优于前两者。与球化退火处理相比，双重固溶球化处理的奥氏体化温度较高，碳化物溶解充分，其大小、形态、分布有所改善。而且经过此处理方法奥氏体化后淬火冷却，可形成许多晶体缺陷及亚结构，这些都有利于碳化物的高度弥散析出，使球化过程加速[5]。因此，在预先热处理上应选择双重固溶球化处理。

2.2 经预先热处理后不同最终热处理对Cr12MoV钢力学性能的影响

采用双重固溶球化预先热处理后，取8个冲击试样分别进行不同最终热处理后的性能实验。表3为经过双重固溶球化预先热处理后不同最终热处理对Cr12MoV钢力学性能的影响结果。从表中结果可知，这几种热处理方案对硬度影响不大，均在56.0～57.0HRC。这是因为经过淬火后组织中主要形成残余奥氏体，在400℃以下残余奥氏体的含量基本不变，因此，硬度基本保持在同一水平[6]。然而，在较高淬火条件下冲击韧度值均有一定的提高，但是回火温度对冲击韧度值影响不大。与常规热处理后获得的最佳冲击韧度相比，经双重固溶球化预先热处理后，Cr12MoV钢的冲击韧度值有明显提高。由此可见，预先热处理不仅能有效改善Cr12MoV钢组织中的碳化物形貌及分布，也能较大幅度的提高材料的冲击韧度。

表3 不同最终热处理制度下的力学性能对比（冲击试样开U型缺口）

图1 三种预先热处理对Cr12MoV钢碳化物形貌的影响

在最终热处理前先进行一道预先热处理，使材料受热不充分的现象得到较大的改善，从而使最终热处理的作用得到充分的发挥。采用球化退化及调质处理等预先热处理工艺，可使Cr12MoV钢中的碳化物球化，使其难以形成网络状分布，可提高材料的韧性。

3 结论

（1）预先热处理可有效改善Cr12MoV钢中碳化物的形貌与分布；双重固溶球化处理最好，球化退火次之，高温调质处理效果相对较差。

（2）经双重固溶球化预处理后材料的韧性有较大提高，最终热处理的淬火温度对材料的韧性影响较大。

（3）预先热处理：双重固溶球化（1130℃淬火+680℃+750℃+680℃多阶段高温回火处理）+最终热处理：（1030℃淬火+400℃/260℃回火）的热处理工艺可有效提高Cr12MoV钢的强韧性。