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Cr12MoV鋼的介紹

Cr12MoV鋼是廣泛用于模具行業(yè)的冷作模具鋼，具有高淬透性，截面為300~400mm2以下者可以完全淬透。在300~400℃時仍可保持良好硬度和耐磨性，因此可用來制造斷面大、形狀復(fù)雜、經(jīng)受較大沖擊負(fù)荷的各種模具和工具。

1.Cr12MoV鋼的性能

Cr12MoV鋼具有淬火變形小、淬透性好、耐磨性高等特點，被廣泛地用于制造生產(chǎn)批量大、耐磨性要求高、熱處理變形量要求小、形狀復(fù)雜、負(fù)荷大的模具。

Cr12MoV鋼是一種應(yīng)用廣泛的冷作模具萊氏體鋼，組織中有大量共晶碳化物。為了碎化、細(xì)化共晶碳化物，把粗大的枝晶狀共晶碳化物打碎、提高碳化物分布的均勻性，細(xì)化碳化物的粒度，一般在使用中都需要進(jìn)行鍛造和預(yù)先熱處理，以減少碳化物的不均勻分布，為后續(xù)淬火、回火提供優(yōu)良的原始組織。
A——過冷奧氏體；P——珠光體；B——貝氏體；M——馬氏體；C——碳化物；Ms——馬氏體開始轉(zhuǎn)變點；

圖1 Cr12MoV鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線（TTT曲線）

Cr12MoV鋼中的主要碳化物是（Cr、Fe）7C3型碳化物，其中溶有少量的Ti、Mo和V。這些碳化物在高溫淬火時溶于奧氏體，增加鋼的淬透性。高溫回火后（500℃左右），又從馬氏體中析出，產(chǎn)生二次硬化和增加回火穩(wěn)定性，從而使鋼具有高的硬度和耐磨性。此外，由于高溫淬火加熱后奧氏體中合金元素含量增多，使馬氏體開始轉(zhuǎn)變點Ms(見圖1.1)大大下降，使得淬火組織中存在大量殘余奧氏體，從而可以保證微小的體積變形。但這類鋼中的碳化物不均勻性比較嚴(yán)重，尤其是含碳較高的Cr12鋼，在Cr12基礎(chǔ)上加入Mo、V，除了進(jìn)一步提高鋼的回火穩(wěn)定性、增加淬透性以外，還能細(xì)化組織，改善韌性。

2 影響Cr12MoV 模具鋼熱處理效果的因素

由于Cr 12MoV 鋼中含有大量碳化鉻，是一種高碳高鉻的萊氏體鋼，在鍛造退火狀態(tài)下，其組織由索氏體狀的珠光體和過剩的復(fù)合碳化物（Cr、Fe）7C3組成，當(dāng)加熱通過臨界點時碳化物溶解于奧氏體內(nèi)，淬火加熱溫度愈高，碳化物溶解愈多，奧氏體所含碳和鉻就愈多，淬火后形成的馬氏體合金度就愈高，因此模具硬度愈高，其耐磨性也愈好。但是，如果淬火溫度太高，由于奧氏體晶粒長大及合金度的過飽和，在淬火冷卻時除奧氏體被保留下來，還會導(dǎo)致從奧氏體中析出的碳化物沉積于晶界上，這不僅降低硬度，而且會使沖擊韌性顯著下降。分析表明: 隨淬火溫度的逐漸升高，有一極限硬度值出現(xiàn),對沖模、冷擠模一般要求在常溫下有較高的硬度,以保耐磨性能，然而沖擊韌性對凸模而言更具有重要意義，所以模具熱處理后應(yīng)力求盡可能高的硬度和足夠的沖擊韌性。必須指出，模具壽命與材料碳化物的偏析程度有密切關(guān)系，由于Cr 12MoV 屬高碳高鉻萊氏體鋼,鋼水結(jié)晶時析出大量共晶碳化物極為穩(wěn)定，常規(guī)熱處理無法細(xì)化，即使經(jīng)壓延后，在較大規(guī)格鋼材中，仍保留明顯的帶狀或網(wǎng)狀碳化物，對淬火變形、開裂、力學(xué)性能影響極大。此外，碳化物偏析嚴(yán)重，在碳和合金元素富集的區(qū)域，鋼的溶點降低，易導(dǎo)致模具熱處理時過熱，并使碳和合金元素在奧氏體中溶解度減少，降低淬火后的硬度，且導(dǎo)致碳合金元素富集區(qū)與貧乏區(qū)之間產(chǎn)生大的組織應(yīng)力，從而增大了模具熱處理后的變形量。

3 Cr12MoV鋼的常規(guī)熱處理

Cr12MoV鋼的組織和性能，其中包括硬度、強度、塑性、回火穩(wěn)定性、淬火回火時的體積變形，與淬火溫度關(guān)系極大，因為奧氏體的合金化程度

以及穩(wěn)定性與淬火溫度有關(guān)。當(dāng)加熱到Ac1溫度（約810℃）以上時，原始組織索氏體和碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體和碳化物，隨著加熱溫度升高，合金碳化物繼續(xù)向奧氏體中溶解，增加了奧氏體中C和Cr的濃度，因而得到較高的淬火硬度。淬火溫度升高到1050℃時，硬度達(dá)到最大值。若淬火溫度再升高，由于奧氏體中合金元素含量增多，使Ms點（見圖1.1）下降，從而導(dǎo)致殘余奧氏體量的增加，例如1100℃淬火，殘余奧氏體達(dá)80%以上，硬度急劇下降。

Cr12MoV鋼在980℃淬火（即低淬）加熱時，碳化物的熔解少，基體的含碳量在0.5%左右，Cr在6%，鉬只有0.5%，釩的碳化物熔解更少，分布在基體的碳化物量在15%左右，而殘余奧氏體只有20%以下，淬火后的硬度HRC60～62。由于基體的含碳量低，淬火后的基體韌性高。但壓縮屈服強度未達(dá)高水平，低淬火溫度一般只能取低溫(180-200℃)回火，適用于低負(fù)荷、高速度的冷沖模，低溫回火后硬度HRC＞60，回火次數(shù)二次。 Cr12MoV鋼采用中淬火溫度（1025-1030℃）（即正常淬火）提高了基體的碳濃度，合金碳化物也進(jìn)一步熔解，硬度達(dá)最高值，同時殘留奧氏體量也上升到近40%。淬火硬度在HRC62-63左右。中淬火溫度淬火后可以在180-200℃低溫回火，獲得最高的硬度和最佳的耐磨性，但韌性稍低，不能在重負(fù)荷的冷沖模中使用。在中淬火溫度淬火后也可以在380-400℃回火，但硬度將下降到HRC58左右，可獲得最佳的強韌性配合并明顯提高冷鍛模的斷裂抗力，但耐磨性下降。

Cr12MoV鋼超過1050℃以上溫度淬火（即高淬）均屬于高淬火溫度淬火。隨著淬火溫度的升高，碳和合金元素及碳化物進(jìn)一步熔入奧氏體，其碳和合金元素升高，奧氏體的穩(wěn)定性升高，淬火后的殘留奧氏體量也急劇上升到40-60%，甚至更高，由于殘留奧氏體量增加，淬火硬度降低至HRC55左右。由于殘留奧氏體增加和奧氏體穩(wěn)定性增加，低溫回火無法使奧氏體轉(zhuǎn)變，只能用高溫回火促使大量的奧氏體轉(zhuǎn)變。提高其硬度（1150℃淬火，其淬火硬度可能降到HRC45-50以下）出現(xiàn)二次硬化現(xiàn)象。高溫回火（520-540℃），一定要進(jìn)行三次回火。另外，隨著淬火溫度的升高，鋼中晶粒度迅速長大，1080℃晶粒度長至9級，1150℃甚至長至7-8級。淬火溫度提高碳化物數(shù)量（體積分?jǐn)?shù)）減少，所以韌性強度降低，耐磨性也有所降低，但紅硬性提高。因此，只有要求高沖次，低負(fù)荷和紅硬性時，才采用高淬高回工藝。高溫回火后的硬度也可達(dá)到HRC62以上，應(yīng)該指出，二次硬化的高溫回火溫度區(qū)向很窄，對Cr12MoV鋼在520℃，對Cr12MoV在540℃，超出此溫度區(qū)向（往往只有±5℃），硬度的波動較大。

綜上所述：淬火溫度升高，會導(dǎo)致殘余奧氏體量增加，從而導(dǎo)致工件體積收縮，變形量較大；淬火溫度越高，變形量越大。因此，正確選擇淬火溫度，殘余奧氏體量可以部分甚至全部抵消淬火時引起馬氏體轉(zhuǎn)變所產(chǎn)生的尺寸增大，使變形量小甚至無變形，且達(dá)到適中的硬度。