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、形狀復雜、經(jīng)受較大沖擊負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批量大、耐磨性要求高、熱處理變形量要求小、形狀復雜、負荷大的模具。

Cr12MoV鋼是一種應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，細化碳化物的粒度，一般在使用中都需要進行鍛造和預先熱處理，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——馬氏體開始轉變點；

圖1 Cr12MoV鋼的過冷奧氏體等溫轉變曲線（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重，尤其是含碳較高的Cr12鋼，在Cr12基礎上加入Mo、V，除了進一步提高鋼的回火穩(wěn)定性、增加淬透性以外，還能細化組織，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合碳化物（Cr、Fe）7C3組成，當加熱通過臨界點時碳化物溶解于奧氏體內，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系，由于Cr 12MoV 屬高碳高鉻萊氏體鋼,鋼水結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、力學性能影響極大。此外，碳化物偏析嚴重，在碳和合金元素富集的區(qū)域，鋼的溶點降低，易導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，且導致碳合金元素富集區(qū)與貧乏區(qū)之間產生大的組織應力，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。當加熱到Ac1溫度（約810℃）以上時，原始組織索氏體和碳化物轉變?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，從而導致殘余奧氏體量的增加，例如1100℃淬火，殘余奧氏體達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高水平，低淬火溫度一般只能取低溫(180-200℃)回火，適用于低負荷、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，合金碳化物也進一步熔解，硬度達最高值，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變，只能用高溫回火促使大量的奧氏體轉變。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（體積分數(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到HRC62以上，應該指出，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，會導致殘余奧氏體量增加，從而導致工件體積收縮，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變所產生的尺寸增大，使變形量小甚至無變形，且達到適中的硬度。