羅 楠

（陜西國防工業(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，尤其是用來制造大斷面、復(fù)雜形狀、需要承受大沖擊載荷的模具。由于Cr12MoV鋼中存在大量碳化物，且偏析嚴(yán)重，因此不同的熱處理工藝對(duì)其性能有很大的影響[1，2]。對(duì)大型模具來說，這些碳化物很難用常規(guī)熱處理細(xì)化，即使經(jīng)過大量的塑性變形也會(huì)在模具中保留帶狀或網(wǎng)狀的形態(tài)。由于碳化物的硬度很大，在帶狀或網(wǎng)狀分布處會(huì)形成薄弱的脆性區(qū)，模具在一定應(yīng)力或沖擊載荷下很容易沿碳化物分布處開裂。為此，本文通過研究碳化物對(duì)材料強(qiáng)韌性的影響，分析了預(yù)先熱處理對(duì)碳化物形貌及分布的影響，得出了較優(yōu)的熱處理規(guī)范。

1 試驗(yàn)過程

在熱處理時(shí)，提高回火溫度在一定程度上可以提高材料的韌性，也可以減少淬火后產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。同時(shí)，由于Cr12MoV鋼中的碳化物分布、形貌及數(shù)量對(duì)材料的韌性有較大的影響，因此在常規(guī)熱處理后，材料的性能并不一定有很大的改善。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[3，4]，可采用球化處理以改善碳化物在Cr12MoV鋼中的形態(tài)，從而在較大程度上對(duì)材料的韌性予以改善。

本文擬采用預(yù)先熱處理來改善材料中碳化物的分布、形態(tài)及數(shù)量。通過試驗(yàn)得到比較優(yōu)化的熱處理工藝，從而改善Cr12MoV鋼在模具應(yīng)用方面的不足。

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用Cr12MoV鋼的化學(xué)成分如表1所示。

表1 Cr12MoV鋼化學(xué)成分 ωB/%

1.2 試驗(yàn)方法

首先取三組試樣分別進(jìn)行a、b、c三種方式預(yù)先熱處理，選出最優(yōu)預(yù)先熱處理方案。而后另取8個(gè)經(jīng)過最優(yōu)預(yù)先熱處理后的試樣分四組進(jìn)行最終熱處理：兩組淬火：980℃，1030℃；兩組回火：400℃，260℃，以選出最佳最終熱處理方案。

1.3 分析設(shè)備

用LEICA MEF4M型金相顯微鏡觀察組織，用JSM-5410LV掃描電鏡觀察斷口組織，用HRD-150型硬度計(jì)進(jìn)行硬度檢測，用JB-30B沖擊試驗(yàn)機(jī)對(duì)材料的沖擊性能進(jìn)行檢測。

表2 Cr12MoV鋼的熱處理工藝

2 分析與討論

2.1 預(yù)先熱處理對(duì)Cr12MoV鋼碳化物形貌的影響

為了改善組織中碳化物的形貌，對(duì)Cr12MoV鋼進(jìn)行三種不同的預(yù)先熱處理。圖1分別為a、b、c三種預(yù)先熱處理后組織中碳化物的形貌。

從圖1中可以看出，a圖中組織為索氏體+碳化物，碳化物的網(wǎng)絡(luò)狀分布被“打碎”，多呈斷續(xù)的短棒狀及粒狀彌散分布；b中碳化物尖角鈍化，分布比較均勻，呈棒狀、條狀分布，但仍然可見少量網(wǎng)絡(luò)狀分布的痕跡；c中碳化物與a圖中較相似，但細(xì)小短棒狀碳化物多呈線形分布，同時(shí)可見大量彌散分布的細(xì)小的球形顆粒狀強(qiáng)化相析出。

從改善碳化物組織及分布來看，球化退火處理優(yōu)于高溫調(diào)質(zhì)處理的效果，而雙重固溶球化處理的效果優(yōu)于前兩者。與球化退火處理相比，雙重固溶球化處理的奧氏體化溫度較高，碳化物溶解充分，其大小、形態(tài)、分布有所改善。而且經(jīng)過此處理方法奧氏體化后淬火冷卻，可形成許多晶體缺陷及亞結(jié)構(gòu)，這些都有利于碳化物的高度彌散析出，使球化過程加速[5]。因此，在預(yù)先熱處理上應(yīng)選擇雙重固溶球化處理。

2.2 經(jīng)預(yù)先熱處理后不同最終熱處理對(duì)Cr12MoV鋼力學(xué)性能的影響

采用雙重固溶球化預(yù)先熱處理后，取8個(gè)沖擊試樣分別進(jìn)行不同最終熱處理后的性能實(shí)驗(yàn)。表3為經(jīng)過雙重固溶球化預(yù)先熱處理后不同最終熱處理對(duì)Cr12MoV鋼力學(xué)性能的影響結(jié)果。從表中結(jié)果可知，這幾種熱處理方案對(duì)硬度影響不大，均在56.0～57.0HRC。這是因?yàn)榻?jīng)過淬火后組織中主要形成殘余奧氏體，在400℃以下殘余奧氏體的含量基本不變，因此，硬度基本保持在同一水平[6]。然而，在較高淬火條件下沖擊韌度值均有一定的提高，但是回火溫度對(duì)沖擊韌度值影響不大。與常規(guī)熱處理后獲得的最佳沖擊韌度相比，經(jīng)雙重固溶球化預(yù)先熱處理后，Cr12MoV鋼的沖擊韌度值有明顯提高。由此可見，預(yù)先熱處理不僅能有效改善Cr12MoV鋼組織中的碳化物形貌及分布，也能較大幅度的提高材料的沖擊韌度。

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

圖1 三種預(yù)先熱處理對(duì)Cr12MoV鋼碳化物形貌的影響

在最終熱處理前先進(jìn)行一道預(yù)先熱處理，使材料受熱不充分的現(xiàn)象得到較大的改善，從而使最終熱處理的作用得到充分的發(fā)揮。采用球化退化及調(diào)質(zhì)處理等預(yù)先熱處理工藝，可使Cr12MoV鋼中的碳化物球化，使其難以形成網(wǎng)絡(luò)狀分布，可提高材料的韌性。

3 結(jié)論

（1）預(yù)先熱處理可有效改善Cr12MoV鋼中碳化物的形貌與分布；雙重固溶球化處理最好，球化退火次之，高溫調(diào)質(zhì)處理效果相對(duì)較差。

（2）經(jīng)雙重固溶球化預(yù)處理后材料的韌性有較大提高，最終熱處理的淬火溫度對(duì)材料的韌性影響較大。

（3）預(yù)先熱處理：雙重固溶球化（1130℃淬火+680℃+750℃+680℃多階段高溫回火處理）+最終熱處理：（1030℃淬火+400℃/260℃回火）的熱處理工藝可有效提高Cr12MoV鋼的強(qiáng)韌性。