Cr12MoV鋼真空油淬工藝研究

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(1.中原工學(xué)院，鄭州 450007；2.鄭州飛虹熱處理設(shè)備制造有限公司，鄭州 450066)

Cr12MoV鋼淬透性好、硬度高、耐磨性強(qiáng)，且熱處理變形傾向小，常用于加工精密復(fù)雜的冷作模具[1]。由于鋼中合金元素含量高,淬火后低溫回火仍有殘余奧氏體存在,對(duì)其使用性能會(huì)產(chǎn)生很大影響。在實(shí)際使用過(guò)程中，往往采用不同熱處理工藝的Cr12MoV鋼模具，但其使用壽命相差很大，主要表現(xiàn)在沖擊韌性、抗彎強(qiáng)度和耐磨性上的差異。制定合適的處理工藝，獲得良好的綜合性能，才能使Cr12MoV鋼有更廣泛的應(yīng)用。與普通淬火相比，真空淬火具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如防止工件表面氧化、脫碳、淬火變形小、表面硬度均勻、工作條件好等[2]。有研究表明，Cr12MoV鋼經(jīng)真空熱處理后沖擊韌性和抗彎強(qiáng)度分別達(dá)到8.347 J/cm2和1 732.6 MPa，相對(duì)于普通熱處理，分別提高57.6%和16.9%[1]。針對(duì)淬火后殘余奧氏體，主要通過(guò)多次淬火或冷處理來(lái)減少其存在[3]。通過(guò)深冷處理可提高Cr12MoV鋼的耐磨性。實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)3次每次1 h深冷處理之后,進(jìn)行180 ℃保溫1.5 h回火處理，耐磨性提高最為顯著，磨損失重率下降37.1%[4]。本文以Cr12MoV鋼為研究對(duì)象，分析不同的熱處理工藝對(duì)其組織和性能的影響，以期獲得真空油淬的最佳處理工藝。

1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)采用退火態(tài)的Cr12MoV鋼，其化學(xué)成分如表1所示。

表1 Cr12MoV鋼化學(xué)成分 wt%

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

加熱設(shè)備采用鄭州飛虹熱處理設(shè)備制造有限公司的ZYC-240型雙室真空油淬爐，工件尺寸為1 300 mm×800 mm×800 mm，極限真空度為4×10-1Pa；冷處理設(shè)備使用DW-HW668型工業(yè)冰柜，冷處理溫度為-76 ℃，回火爐為RJ-60型井式回火爐。

利用XJP-300型金相顯微鏡觀察組織，腐蝕劑為4%硝酸乙醇；利用JSM-5610LV掃描電子顯微鏡觀察組織形貌；利用402MVD顯微硬度計(jì)負(fù)荷200 g加載10 s測(cè)定硬度值；利用MM-200型磨損試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)相對(duì)磨損率，對(duì)磨試樣為W18Cr4V(HRC62～64)，干滑動(dòng)2 h，載荷196 N。

1.3 試樣處理工藝

將試樣分為3組，采用相同的加熱淬火工藝：550 ℃保溫240 min，之后850 ℃保溫240 min，再1 000 ℃保溫180 min，最后1 000 ℃油淬。試樣1真空淬火后連續(xù)低溫回火3次，不進(jìn)行冷處理；試樣2淬火后直接進(jìn)行冷處理后接2次低溫回火；試樣3低溫回火1次后冷處理再回火1次?；鼗鸸に嚲?80 ℃保溫4 h執(zhí)行。試樣處理工藝簡(jiǎn)圖如圖1所示。

(a)試樣1

(b)試樣2

(c)試樣3

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論及分析

2.1 組織分析

圖2為3組試樣處理后的金相照片。從圖2中可以看出，經(jīng)真空油淬處理后，樣品的組織為回火馬氏體、碳化物、少量的殘余奧氏體。碳化物呈現(xiàn)兩種形貌：一種是較粗大的碳化物，這是前期鍛造和退火處理后仍存在的碳化物，此類碳化物是非連續(xù)的，且有一定的鈍化現(xiàn)象；另一種是回火過(guò)程析出的細(xì)小的碳化物。從金相照片可以看出，相比于試樣1，試樣2和試樣3細(xì)小碳化物數(shù)量更多，分散更均勻。

(a)試樣1

(b)試樣2

(c)試樣3

Cr12MoV鋼熱處理后掃描電鏡照片如圖3所示。通過(guò)對(duì)比試樣1和試樣3的掃描電鏡照片可以看出，在相同的放大倍數(shù)下,試樣3中2次、3次回火后碳化物數(shù)量更多。這是冷處理后奧氏體含量下降，馬氏體含量增加的緣故。冷處理使得體積收縮，鐵的晶格常數(shù)縮小，增強(qiáng)了碳原子析出的驅(qū)動(dòng)力。低溫下碳的擴(kuò)散很困難，擴(kuò)散距離短，因此在馬氏體的基體上析出大量的超細(xì)碳化物[3]。有實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)過(guò)深冷處理的工件與未深冷處理工件相比,碳化物體積分?jǐn)?shù)大幅增加[5]。在低溫回火后馬氏體比奧氏體更容易析出碳化物，因此試樣3中細(xì)小碳化物量要大于試樣1。

(a)試樣1

(b)試樣3

圖4是3組試樣的XRD圖，圖中(a)代表試樣3，(b)代表試樣2，(c)代表試樣1。從圖中可以看出3個(gè)樣品組織均為馬氏體、碳化物和殘余奧氏體。試樣1殘余奧氏體的峰值最明顯，表明其含量最多，試樣3次之，試樣2最少。殘余奧氏體的量受到2個(gè)因素制約，一個(gè)是冷處理前奧氏體的量，另一個(gè)是馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變點(diǎn)Ms和終止點(diǎn)Mf。而馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變點(diǎn)主要取決于鋼中碳含量，碳含量越高，Ms和Mf對(duì)應(yīng)的溫度值越低，淬火后殘余奧氏體量也越多。因?yàn)樵嚇?沒(méi)進(jìn)行冷處理，所以殘余奧氏體含量最高。試樣2和試樣3的Ms和Mf相同，但冷處理前奧氏體的量有所差別。試樣3經(jīng)低溫回火后部分殘余奧氏體分解，所以冷處理前奧氏體含量少于試樣2，冷處理后向馬氏體轉(zhuǎn)變，而試樣2直接進(jìn)行冷處理，所以其殘余奧氏體量相對(duì)于試樣3要少一些。

圖4 Cr12MoV鋼熱處理后X衍射圖

2.2 性能分析

表3為Cr12MoV鋼經(jīng)不同工藝處理后的顯微硬度值。從表3可以看出，試樣2的硬度值相對(duì)于試樣1增幅最大，達(dá)到14.80%，試樣3的增幅為12.70%。冷處理可明顯提高Cr12MoV鋼的硬度，這主要是因?yàn)榇罅繗堄鄪W氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，這個(gè)結(jié)果在許多研究中有所報(bào)道[6-7]。真空油淬后直接冷處理，獲得馬氏體的量最大，因此硬度最高。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，試樣2淬火后直接冷處理，工件表面會(huì)產(chǎn)生一些細(xì)小的裂紋，這是由于Cr12MoV鋼屬于高碳高合金鋼，一次碳化物體積大且含量多，淬火后不經(jīng)回火容易造成應(yīng)力集中而致使工件開(kāi)裂。而經(jīng)過(guò)1次回火后既可以減小組織內(nèi)應(yīng)力也可以穩(wěn)定工件尺寸，這對(duì)尺寸精度要求較高的模具很有作用?；鼗鹎吧罾涮幚砟艽蠓忍岣吖ぜ那邢餍?，回火后深冷處理能大幅度提高工件的力學(xué)性能[3]。

表3 Cr12MoV經(jīng)不同工藝處理后的硬度

圖5為試樣相對(duì)磨損率示意圖。以未經(jīng)冷處理的試樣1作為參考標(biāo)準(zhǔn)，定義其相對(duì)磨損率為100%，冷處理試樣2和試樣3的相對(duì)質(zhì)量損失以試樣1為參考，得到相對(duì)磨損率。試樣2和試樣3的相對(duì)磨損率分別為86.36%和72.73%?？梢钥闯觯?jīng)過(guò)冷處理，試樣耐磨性都有不同程度提高，試樣3的耐磨性要優(yōu)于試樣2。Cr12MoV鋼真空油淬后，1次低溫回火再冷處理，其耐磨性要高于淬火后直接冷處理。

圖5 Cr12MoV鋼試樣的相對(duì)磨損率

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)Cr12MoV鋼真空油淬處理后，組織主要由馬氏體、碳化物和殘余奧氏體組成，冷處理能夠降低殘余奧氏體的含量。

(2)冷處理后，Cr12MoV鋼顯微硬度明顯提高，最高增量為115 HV0.2，增幅達(dá)14.70%。其耐磨性也明顯提高，其中先回火再冷處理最顯著，比無(wú)冷處理試樣磨損率下降27.27% 。

(3)淬火后低溫回火再冷處理，不僅可以明顯提高Cr12MoV鋼的顯微硬度和耐磨性，也可避免直接冷處理產(chǎn)生裂紋，在3種處理工藝中效果最佳。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄧麗萍，羅軍明，蘇倩.Cr12MoV鋼真空熱處理組織和性能研究[J].熱加工工藝，2012，41(8)：167-169.

[2] 劉駿曦，鄧?yán)蚱?，夏凌云，?Cr12MoV 鋼的熱處理及組織、性能研究[J].熱加工工藝，2012，41(14)：188-189.

[3] 邱慶忠.深冷處理技術(shù)在金屬材料中的應(yīng)用[J].材料研究與應(yīng)用，2007，1(2)：150-153.

[4] 劉勇，劉新龍，張金東.深冷處理對(duì)Cr12MoV鋼力學(xué)性能的影響[J].金屬熱處理，2011，36(8)：38-41.

[5] 安麗麗, 李士燕.深冷處理對(duì)冷沖壓模具鋼Cr12MoV力學(xué)性能影響的研究[ J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2003，16(1)：12-13.

[6] 樊東黎.鋼的冷處理和深冷處理[J].熱處理，2010，25(6)：1-6.

[7] 趙國(guó)華.深冷處理對(duì)Cr12MoV鋼組織和耐磨性能的影響[J].熱處理，2010，25(6)：59-62.