羅 楠

（陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安 710300）

Cr12MoV鋼具有高耐磨性、淬透性、高抗彎強(qiáng)度和大承載能力，被廣泛應(yīng)用于各類冷作模具中。但其韌性較差，對(duì)熱處理工藝要求很高，處理不當(dāng)時(shí)很容易降低模具的使用壽命。鋼中大量碳化物的存在會(huì)引起零件熱處理過(guò)程中不均勻變形乃至早期失效，例如因晶粒粗大、碳化物分布不均勻引起的Cr12MoV模具鋼寬帶激光淬火開(kāi)裂，Cr12MoV鋼冷沖裁模使用壽命顯著降低等失效事故頻發(fā)[1-3]。為此，本文通過(guò)分析Cr12MoV鋼彎曲翻邊模的斷裂失效的原因，研究不同的回火溫度對(duì)Cr12MoV鋼韌性、硬度以及組織的影響。

1 試驗(yàn)過(guò)程

1.1 失效模具分析

對(duì)失效模具進(jìn)行斷口組織觀察和硬度、沖擊韌性的檢測(cè)，分析鋼彎曲翻邊模的失效原因。

表1 Cr12MoV鋼化學(xué)成分 ωB/%

表2 Cr12MoV鋼的熱處理工藝

1.2 回火溫度對(duì)Cr12MoV鋼的影響

1.2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用Cr12MoV鋼的化學(xué)成分如表1所示。

1.2.2 試驗(yàn)過(guò)程

在彎曲翻邊模凹模上取沖擊試樣8個(gè)，分別進(jìn)行淬火溫度相同而回火溫度不同的熱處理。具體熱處理工藝見(jiàn)表2。

1.2.3 分析設(shè)備

用ZOOM645體視顯微鏡對(duì)斷口進(jìn)行宏觀觀察，用LEICA MEF4M型金相顯微鏡進(jìn)行金相分析，用JSM-5410LV掃描電鏡對(duì)斷口進(jìn)行微觀檢查，用HRD-150型硬度計(jì)進(jìn)行硬度檢測(cè)，用JB-30B沖擊試驗(yàn)機(jī)對(duì)材料的沖擊性能進(jìn)行檢測(cè)。

2 結(jié)果及分析

2.1 模具失效分析

宏觀觀察，凹模沿螺紋孔、脫模孔處開(kāi)裂，裂紋源區(qū)均位于螺紋孔處及凹模與上模座接觸面的應(yīng)力集中部位。從圖1發(fā)現(xiàn)斷口呈小平面及少量撕裂棱混合的準(zhǔn)解理形貌。金相觀察發(fā)現(xiàn)晶粒度為9～10級(jí)；共晶碳化物不均勻度為4～5級(jí)，符合GB/T149479-94的要求。測(cè)得凹模表面、心部的平均硬度值分別為58.0HRC、63.0HRC，沖擊韌度為 2.5J/cm2。凸模表面硬度為 53.0～55.0HRC，凹模表面硬度為57.0～60.0HRC是合理的。材料成分及金相組織正常，分析認(rèn)為碳化物的網(wǎng)絡(luò)狀分布是裂紋擴(kuò)展的“路徑”；模具斷裂為回火不充分、材料韌性偏低所致。

表3 不同熱處理制度下的力學(xué)性能對(duì)比（沖擊試樣開(kāi)U型缺口）

圖1 斷口形貌

2.2 不同回火溫度對(duì)Cr12MoV鋼力學(xué)性能的影響

從表3可以看出，隨著回火溫度的增加，材料硬度值有所降低，然而沖擊韌度值的變化不明顯。硬度隨淬火溫度變化主要是受奧氏體合金度的影響，淬火溫度低，符合碳化物溶解少，奧氏體合金度不足，淬火被保留在新生的細(xì)晶馬氏體中的碳和合金元素少，故硬度就低。淬火溫度高，碳化物大量溶解，奧氏體合金度高，鋼的硬度就高[4]。從裂紋萌生及擴(kuò)展的路徑來(lái)看，影響材料韌性的主要因素是碳化物的分布、形貌和大小等。從斷口上也可看出，Cr12MoV斷口屬于復(fù)雜的準(zhǔn)解理斷口形貌，同時(shí)具有小平臺(tái)和微孔撕裂棱特征，裂紋多起源于碳化物處，沿碳化物積聚方向擴(kuò)展，尤其是這種網(wǎng)絡(luò)狀的碳化物分布更有利于裂紋的擴(kuò)展。碳化物主要是鉻鐵復(fù)合碳化物（Fe,Cr）7C3，其硬度很高，由于Cr的大量存在，使碳化物分布很不均勻，呈帶狀或網(wǎng)狀分布，成為影響鋼質(zhì)量的主要因素[5]。

圖2 1#，2#試樣

圖3 3#，4#試樣

圖 4 5#，6#試樣

圖 5 7#，8#試樣

2.3 不同回火溫度對(duì)Cr12MoV鋼的組織的影響

圖2～5是不同熱處理制度下鋼中碳化物的形貌。從圖中可看到，除了圖5經(jīng)過(guò)400℃回火的組織中碳化物呈斷續(xù)的均勻分布外，經(jīng)過(guò)其他幾種回火溫度后碳化物的組織形貌并沒(méi)有得到改善，仍以網(wǎng)絡(luò)狀分布，對(duì)基體組織的連續(xù)性存在較嚴(yán)重的阻隔作用。由此可見(jiàn)，單純改變回火溫度并不能有效改善Cr12MoV鋼中碳化物的形貌。Cr12MoV鋼的硬度值隨回火溫度的升高而降低。而經(jīng)過(guò)400℃回火后沖擊韌度值有一定的提高。

3 結(jié)論

（1）Cr12MoV鋼彎曲翻邊模的裂紋沿著碳化物的網(wǎng)絡(luò)狀分布進(jìn)行擴(kuò)展；模具斷裂為回火不充分、材料韌性偏低所致。

（2）在常規(guī)熱處理規(guī)范下，Cr12MoV鋼組織中的碳化物主要以連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)狀分布，嚴(yán)重影響了材料的使用性能。

（3）在常規(guī)熱處理規(guī)范下，隨著回火溫度的升高，Cr12MoV鋼的的硬度值逐漸降低，沖擊韌度未表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性變化；400℃回火時(shí)，材料具有較好的沖擊韌度值，為3.1、3.3J/cm2。