1引言

近20年來，我國模具工業(yè)發(fā)展非常迅速，尤其是近幾年．模具需求一直以每年15％左右的速度快速增長,國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對模具工業(yè)提出了越來越高的要求，也為其發(fā)展提供了強(qiáng)大的動力。cr12mov鋼屬于高耐磨微變形冷作模具鋼，其特點(diǎn)是具有高的耐磨性、淬透性、微變形、高熱穩(wěn)定性、高抗彎強(qiáng)度，僅次于高速鋼，是沖模、冷鐓模等的重要材料，其消耗量在冷作模具鋼中居首位。該鋼雖然強(qiáng)度、硬度高，耐磨性好，但其韌度較差，對熱加工工藝和熱處理工藝要求較高，處理工藝不當(dāng)，很容易造成模具的過早失效。

cr12mov鋼常用的加工工藝是：下料一鍛造一球化退火一機(jī)械加工一淬火+低溫回火一平磨一線切割加工一組裝。

cr12mov鋼碳化物級別應(yīng)不大于2級.其化學(xué)成分要求見表1。

cr12mov鋼屬于高碳高鉻鋼，含碳量和含鉻量高，形成了大量的碳化物和高合金度的馬氏體。使鋼具有高硬度、高耐磨性。cr12mov鋼中的鉬增加鋼的淬透性并且細(xì)化晶粒，釩能細(xì)化晶粒增加韌度。又能形成高硬度的vc，以進(jìn)一步增加鋼的耐磨陛。鉻又使鋼具有高的淬透性和回火穩(wěn)定性。由于cr的大量存在，鋼液結(jié)晶時析出的大量共晶碳化物(主要是硬度很高的鉻鐵復(fù)合碳化物(fe，cr)7c3，)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，碳化物分布不均勻，而帶狀或網(wǎng)狀碳化物區(qū)是一個脆性區(qū)，其塑性、韌度差，不能承受大的沖擊力，裂紋很容易在這里萌生與擴(kuò)展，往往成為裂紋產(chǎn)生的主要原因。較大的碳化物周圍常常有空洞、位錯等缺陷匯聚，在交變負(fù)荷的作用下，這些缺陷進(jìn)一步聚集和擴(kuò)展便可萌生疲勞裂紋。碳化物偏析嚴(yán)重，在碳和合金元素富集的區(qū)域，鋼的熔點(diǎn)降低，易導(dǎo)致模具熱處理時過熱，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，從而增大模具熱處理后的變形量。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?！鉩rl2mov使用時都需要進(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。另外，通過添加微量鋅元素進(jìn)行變質(zhì)處理口j會加速共晶碳化物

熱處理粒化的動力學(xué)過程，促進(jìn)了共晶碳化物的粒化。目前導(dǎo)致crl2mov這種高碳、高鉻鋼模具損壞的因素很多，但主要的還是鍛造工藝和熱處理工藝造成的。線切割加工有時也會引起模具開裂。碳化物的不均勻與殘留應(yīng)力的分布是影響模具使用壽命的決定因素。

2鍛造

2．1溫度控制

cr12mov鋼導(dǎo)熱性差，鍛造溫度較窄，加熱速度不能太陜。加熱要均勻？。一般鍛造選擇在單相區(qū)進(jìn)行。較高的鍛造溫度易于塑性變形。但crl2mov鋼共晶溫度較低(約l 150℃)，稍不注意就會發(fā)生過熱和過燒。過低的開鍛溫度使得開停鍛溫度范圍變窄，相應(yīng)要增加變形火次。過低的終鍛溫度會產(chǎn)生加工硬化，產(chǎn)生內(nèi)外裂紋。終鍛溫度如選在aam線以上，則會在鍛后的冷卻過程中，沿著晶界析出二次網(wǎng)狀滲碳體，這將使得鍛件的力學(xué)性能大為下降。如選在aam和a1線之間的溫度區(qū)間鍛造，由于塑性變形的機(jī)械破壞作用，可使析出的二次網(wǎng)狀

滲碳體呈彌散狀。crl2mov的終鍛溫度應(yīng)控制在aam線以下、al線以上50～100℃。

2．2鍛造方法

在鍛造方法上。對于crl2mov這樣的高碳高鉻鋼。一般的軸向鐓粗、拔長法使坯料心部的變形量不大，無法完全消除組織中的帶狀碳化物和粗大、不均勻的碳化物組織。用這樣的坯料制成的模具會產(chǎn)生組織的不均勻和力學(xué)性能的各向異性，增加淬火裂紋和使用脆斷的傾向。一般應(yīng)采用變向鍛造法(包括十字鐓拔法和三向鐓拔法)。而且要嚴(yán)格按照正確的鍛造操作規(guī)程進(jìn)行。鐓拔的次數(shù)應(yīng)視碳化物不均勻的級別和對鍛件碳化物不均勻級別的要求而定。操作過程中應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行“二輕一重”的鍛造方法，在保證擊碎碳化物的同時防止裂紋產(chǎn)生。拔長

進(jìn)給量每次不少于原始毛坯直徑或邊長的2／3，下壓Zui應(yīng)均勻一致，決不能在坯料表面造成任何硬性壓痕，翻轉(zhuǎn)也應(yīng)勤快均勻，要堅決避免坯料的同一部位受到反復(fù)錘擊。以防錘擊變形能量變成很大的熱能，使金屬局部升溫、過熱，引起開裂。

crl2mov鋼的鍛造加熱曲線如圖1所示，其鍛造工藝如表2所示。

鍛件終鍛后應(yīng)立即打標(biāo)記并隨爐緩冷(爐膛溫度700℃)，嚴(yán)禁空冷或放置在潮濕的地面上冷卻。為便于后續(xù)加工，鍛件在冷卻后，應(yīng)在24～32 h內(nèi)進(jìn)行退火處理.一般采用等溫球化退火。

3熱處理工藝

3．1預(yù)處理

由于crl2mov鋼含有高碳高鉻，其內(nèi)部組織碳化物多，特別是一些形狀不規(guī)則的碳化物，這些碳化物的邊緣呈尖角狀，尖角的存在極易造成應(yīng)力集中而增加淬火開裂、磨裂的危險。必然會造成模具的早期脆性損壞。因此，需要對crl2mov鋼進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理一般有正火、退火、調(diào)質(zhì)、高溫回火、高溫固溶處理+高溫回火預(yù)處理工藝等，其目的是為了改善毛坯的組織．使鋼的淬透性增加，有利于改善鋼的切削加工性能，為后續(xù)的熱處理工藝做好組織準(zhǔn)備.

3．1．1球化退火

鍛造后Zui常用的預(yù)先熱處理是球化退火。以便獲得細(xì)小、均勻的球形碳化物分布。完全退火將使cr12mov鋼形成網(wǎng)狀碳化物，而且在Zui終的淬火、回火過程中仍能保持，這將使其脆性增加而不能使用。球化退火工藝如圖2所示。球化退火后的組織為索氏體型珠光體+粒狀碳化物，硬度為207～255hb.

3．1．2調(diào)質(zhì)處理

當(dāng)鍛件的碳化物偏析比較嚴(yán)重，常規(guī)球化退火工藝效果不理想時，可采用鍛后調(diào)質(zhì)處理，即鍛后稍作停留或在精加工前增加一道調(diào)質(zhì)工序,也可利用鍛后余熱直接進(jìn)行球化退火或循環(huán)球化退火,調(diào)質(zhì)處理后鍛件能獲得均勻細(xì)致的索氏體組織，不僅可保證工件Zui后淬火具有均勻的硬度，而且有利于淬火后減小工件的變形，增加工件的尺寸穩(wěn)定性。cr12mov鋼的調(diào)質(zhì)處理工藝見圖3。

與球化退火相比，采用高溫調(diào)質(zhì)工藝更有利于碳化物形態(tài)的改變,這是因為高的加熱溫度促進(jìn)碳化物進(jìn)一步溶解，原來在低溫下不能溶解的、略大的一些碳化物可以進(jìn)一步溶解。一些更大些碳化物也會發(fā)生尖角微溶現(xiàn)象，因為碳化物尖角處曲率半徑小，與其接近的固溶體碳濃度高，而與平面處(曲率半徑大)相接近的固溶體濃度低，在高溫下碳的擴(kuò)散過程加劇，必然引起碳的擴(kuò)散而打破平衡，導(dǎo)致尖角處的滲碳體溶解，并在平面處析出，使尖角處發(fā)生鈍化(曲率半徑相對變大)。這種尖角形態(tài)的消失或緩解可減輕碳化物呈尖角時易造成應(yīng)力集中的不利影響。再則高溫下融入碳化物增多，完全溶解了的碳化物在高溫回火過程中以極細(xì)粒狀均勻析出，又進(jìn)一步減輕了碳化物存在的不利影響，因均勻分布的極細(xì)粒狀碳化物不會造成應(yīng)力集中而大大降低了鋼的脆性，增強(qiáng)了韌度，所以crl2mov鋼制模具增加高溫調(diào)質(zhì)工序是提高模具強(qiáng)韌度的重要環(huán)節(jié)。

3．1．3高溫固溶+高溫回火

對于大型的crl2mov鋼冷作模具，還可采用高溫固溶處理+高溫回火預(yù)處理工藝(又叫雙重固溶球化處理)，其工藝如圖4所示。

對鍛造模塊直接進(jìn)行兩次固溶處理，即在鍛造高溫固溶細(xì)化處理后，再進(jìn)行一次加熱固溶球化處理，可使球化過程加速，同時又可使碳化物的大小、形狀及分布得到改善，為Zui終熱處理提供了良好的組織準(zhǔn)備。

3．1．4幾種預(yù)處理工藝的比較

比較了球化退火、調(diào)質(zhì)處理、高溫固溶淬火+高溫回火、高溫調(diào)質(zhì)處理這幾種預(yù)處理工藝的球化效果，發(fā)現(xiàn)經(jīng)高溫固溶淬火十高溫回火和球化退火處理后，碳化物顆粒細(xì)小，分布均勻彌散，高溫固溶淬火+高溫回火的球化效果。高溫調(diào)質(zhì)處理得到的碳化物也很細(xì)小，但碳化物的分布效果不如球化退火和高溫固溶淬火+高溫回火2種工藝?yán)硐搿８邷毓倘艽慊?高溫回火+980℃淬火+240℃回火是cr12mov鋼強(qiáng)韌化熱處理工藝，

在保證硬度較高的條件下，其沖擊功值可達(dá)3．04 j，比原工藝(球化退火+980℃淬火+210℃回火)的沖擊功值1．69j提高了80％。

3．2熱處理工藝分類

cr12mov鋼一般有3種熱處理工藝：①一次硬化處理方法(如圖5所示)，采用低溫淬火低溫回火。即950～1000℃加熱淬火，200℃回火；②二次硬化處理方法，采用高溫淬火高溫回火，即1 100℃左右加熱淬火，500-520℃回火；③中溫淬火中溫回火工藝，即1 030℃左右加熱淬火，400℃左右回火。方法①可獲高硬度及較高韌度，但抗壓強(qiáng)度低；方法②可獲較高硬度及抗壓強(qiáng)度，韌度也好；方法③可獲較高硬度和抗壓強(qiáng)度，強(qiáng)韌度適中。

一次硬化處理方法是采用較低的淬火溫度進(jìn)行淬火。然后進(jìn)行1--2次低溫回火。選用較低的淬火溫度，晶粒較細(xì)，鋼的強(qiáng)度和韌度較好，鋼的硬度和耐磨性高，熱處理變形較小。一般淬火液選用淬火油或硝鹽浴，采用單液淬火，也可采用雙液分級淬火。鋼中的殘留奧氏體量在20％左右,回火溫度一般為160～200℃。回火時間為2-4h，回火以2次為宜，這樣在機(jī)加工過程中工件不易開裂。二次硬化處理方法是采用較高的淬火溫度進(jìn)行淬火，然后進(jìn)行多次高溫回火。達(dá)到二次硬化的目的。經(jīng)二次硬化處理，鋼有較高的紅硬性、耐磨性和回火穩(wěn)定性，但強(qiáng)度和韌度會稍降低。一般淬火液選用淬火油或硝鹽浴，采用單液淬火或雙液分級淬火。淬火溫度高，淬火后鋼中有大量殘留奧氏體，硬度比較低，但采用較高的溫度(490-520℃)回火后，工件硬度也可以提高到60～62 hrc，硬度的提高主要是由于殘留奧氏體在回火過程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體?；鼗鹨话阋?次為宜。二次硬化處理適合于工作溫度較高(400～500℃)且承受載荷不大或淬火后表面需要滲氮的模具。采用較低溫度淬火+貝氏體等溫處理工藝,可使晶粒細(xì)小。提高模具的抗彎強(qiáng)度和韌度，延長模具使用壽命。一般情況下，c12mov鋼強(qiáng)度高、塑性低，而下貝氏體組織卻具有較高強(qiáng)度和韌度，下貝氏體斷裂韌度比回火馬氏體高。Zui終熱處理時常用貝氏體等溫處理，模具得到較多的下貝氏體，割裂了原奧氏體晶粒，使隨后形成的針狀馬氏體細(xì)化。下貝氏體易在未溶碳化物與基體的界面處形成。本身韌度也較好，可通過自身塑性變形而緩解應(yīng)力集中，有助于降低裂紋萌生及擴(kuò)展，脆斷幾率減小，使強(qiáng)韌度增加。

采用中溫淬火低溫回火，使模具獲得了較高硬度和韌度，同時獲得了高強(qiáng)度，從而保證了模具壽命。由于中溫加熱可完全奧氏體化，而合金元素未完全熔于奧氏體內(nèi)，避免得到過飽和馬氏體。采用低溫回火可保證工件所需硬度，二次回火可使淬火應(yīng)力充分消除。深冷處理在提高模具鋼的力學(xué)性能和延長模具

壽命方面效果顯著，屬于簡單易行的強(qiáng)韌度處理工藝。工模具鋼的深冷處理可以在淬火和回火工序之間進(jìn)行或在淬火回火后進(jìn)行。當(dāng)深冷處理在淬火后立即進(jìn)行時，一方面發(fā)生殘留奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變，另一方面熱力學(xué)不穩(wěn)定的馬氏體將析出大量微細(xì)的碳化物，鋼的硬度升高，韌度有所下降。淬火回火后再進(jìn)行深冷處理，殘留奧氏體已經(jīng)在回火過程中完成了轉(zhuǎn)變，鋼的硬度只略有升高或保持不變，由于大量的細(xì)小分散的碳化物由馬氏體中析出，降低了馬氏體的過飽和度和內(nèi)應(yīng)力，改善了鋼的韌度。～次硬化處理結(jié)合深冷處理一般用于要求獲得高的硬度、良好的韌度及變形較小的模具，如復(fù)雜的凹模、凸模等。二次硬化處理結(jié)合深冷處理一般用于要求獲得高的紅硬性、高的耐磨性、需要滲氮、工作溫度較高、承受載荷不大的模具。二次硬化處理時，cr12mov鋼在同一溫度下淬火后的模具進(jìn)行一78℃冷處理后，只需在480℃回火一次，硬度便可達(dá)60-62hrc,減少了回火次數(shù)，可縮短工藝時間10--15h，節(jié)約電能30％～50％，取得明顯經(jīng)濟(jì)效益。crl2mov鋼凹模進(jìn)行液氮深冷加高溫回火處理，使凹模的平均使用壽命從9．2萬次提高到84．3萬次，且中間刃磨次數(shù)從1班2次，提高到2班1次。對一些體積比較大或無法鍛造的模具，可采用固溶雙細(xì)化處理,固溶雙細(xì)化工藝是完全利用熱處理方法，通過高溫固溶使碳化物細(xì)化、棱角圓整化，通過循環(huán)細(xì)化使奧氏體晶粒超細(xì)化。固溶雙細(xì)化熱處理工藝為：1 130℃真空加熱淬火(高溫固溶)+760℃高溫回火+960℃真空加熱淬火(細(xì)化晶粒)+Zui終熱處理，工藝