攀枝花学院毕业设计示例样本

1、目录1. 关于 Cr12MoV .21.1 Cr12M oV 的材料性能 .21.2 Cr12MoV 的用途 .22. 如何优化 Cr12MoV 耐磨性 .22.1改进预备热处理 22.2改进淬火及回火 32.3增加深冷处理42.4表面强化处理 53. 改善方法研究现状63.1预备热处理63.2淬火及回火63.3深冷处理73.4表面强化处理 8参考文献 .10Cr12MoV钢的耐磨性改善Cr12MoV钢有高淬透性，截面为 300400伽以下者可以完全淬透，在 300400C时仍可保持良好硬度和耐磨性，韧性较 Cr12钢高，淬火时体积变 化最小。可用来制造断面较大、形状复杂、经受较大冲击负荷的各

2、种模具和工 具.Cr12MoV钢是目前国内广泛使用的冷作模具钢之一。该钢具有淬透性好、硬 度高且耐磨、热处理变形小等优点，常用于制作那些承受重负荷、生产批量大、 形状复杂的冷作模具，如冷冲、压印、冷镦、冷挤压模等但该钢的显著缺点是脆性大，常常导致模具的早期失效因此，如何提高其强韧性，防止模具过早断 裂失效，是该钢用户经常遇到且需要解决的问题。本文主要分了两个部分介绍 Cr12MoV的耐磨性改善：第一部分主要对Cr12MoV简要介绍；第二部分主要介 绍热处理对其耐磨性的改善；第三部分介绍目前对其耐磨性的改善。图1 Cr12MoV圆钢图2 Cr12MoV模具钢1. 关于 Cr12MoV1.1Cr1

3、2MoV的材料性能Cr12MoV钢淬透性、淬火回火后的硬度、强度、韧性比CR12高，直径为300400mm以下的工件可完全淬透，淬火变形小，但高温塑性较差。1.2Cr12MoV 的用途Cr12MoV多用于制造截面较大、形状复杂、工作负荷较重的合种模具和工 具。如冲孔凹模、切边模、滚边模、钢板等。2. 如何优化 Cr12MoV耐磨性2.1改进预备热处理Cr12MoV属于高碳高铬莱氏体钢。碳化物含量高，且常呈带状或网状不均 匀分布，其形状、大小及分布对钢的性能影响很大， 尤其大块状尖角碳化物对钢 基体的割裂作用较大，往往成为疲劳断裂的策源地经过改锻，碳化物被击碎，偏析状况得到有效改善，但其形态还不

4、理想，且锻后硬度也偏高。因此Cr12MoV 钢锻后常采用球化退火作为预备热处理，以获得均匀、细小的球形碳化物，降低硬度，改善切削加工性能，同时为后续淬火做好组织准备。当常规球化退火工艺 效果不理想时，可采用锻后调质处理，即锻后稍作停留，让奥氏体回复和开始再 结晶，然后立即淬火，700750C回火3。或在精加工前增加一道调质工序4。 也可利用锻后余热直接进行球化退火或循环球化退火5。Cr12MoV钢一般淬火温度为10001040C，而调质的淬火温度可达1120C，高的温度一方面促进了 较小碳化物的完全溶解，另一方面也促进了大块碳化物尖角的局部溶解；而且， 溶入基体的碳化物在随后高温回火过程中再度

5、均匀弥散析出，使碳化物的形态、 大小及分布得到改善，有利于提高模具的强韧性。例如，Cr12MoV钢增加一道调质（1100C加热淬火+700r回火）后进行1000r淬火及200220c回火处理， 不仅使碳化物的粒度、形状、分布及球化程度较常规工艺处理有显著改善，而且 性能上Rbb提高20%，Ak值提高15%。用此工艺处理的Cr12MoV钢落料模， 凸凹模刃口件总寿命达150万次，寿命提高5倍。失效后取样金相检查，碳化物 不均匀度为1级。轧丝机上用于轧制梯形丝杠的 Cr12MoV钢轧丝模，采用常 规1020C淬火、250C回火，模具寿命只有几百件，都是脆性断裂失效。在精加 工前增加一道调质工序（8

6、50C预热、1120C加热淬油、760C高温回火），然后在 1020C加热230C分级淬火、400C回火2次，硬度为5758 HRC，模具寿命达 2000多件，达到了进口模具水平 。2.2改进淬火及回火Cr12MoV钢最终硬化处理分为 一次硬化处理”和 二次硬化处理”。一次硬 化处理是指低温淬火（1000C ）与低温回火（200C ）；二次硬化处理是指高温淬火(1 100C)与高温回火(500C)。研究与实践表明，Cr12MoV钢经一次硬化 处理后，硬度高(6062 HRC)、耐磨、晶粒细小、韧性好、淬火变形小，且残留 奥氏体(AR)量适度，是较佳的常规强韧化处理工艺。Cr12MoV钢经过改锻

7、及预处理，碳化物的粒度、形状、分布得到改善，但还是有个别碳化物尺寸较大且有 棱角，降低了钢的断裂韧性。如果一次硬化处理时，在特定温度如800C左右充分预热，使不均匀分布的碳化物特别是大块尖角形碳化物不断分解、扩散，有利于形成大量高度弥散分布的形核中心，使随后淬火时有利于形成高度弥散分布的 细粒碳化物，能有效提高钢的强韧性和模具使用寿命。如Cr12MoV钢经特定温度预热，1000C淬火、200E回火，组织为细针状回火马氏体+均匀弥散分布的碳 化物+少量小块状碳化物及少量 AR，使其拉丝模的寿命提高近1倍。Cr12MoV 钢经800850C预热，1 0201 050C加热淬火，2次160180C低

8、温回火，使 用效果较好9。如果Cr12MoV钢未改锻，采用固溶双细化处理3，即500C及 800 r左右二级预热，1 1001150C固溶处理，淬入热油或等温淬火，750 r高温回火，机加工后960r加热油冷后进行最终热处理，也可使碳化物细化、棱角 圆整化，晶粒细化.Cr12MoV钢强韧性不足，还与淬火温度较高，奥氏体晶粒较 大，使随后淬火后的马氏体粗大有关.如果Cr12MoV钢通过低温加热，等温淬火， 先形成适量的的B下组织，割裂了原奥氏体晶粒，使随后形成的针状M细化；且B下易在未溶碳化物与基体的界面处形成，本身韧性也较好，可通过自身塑 性变形而缓解应力集中，有助于降低裂纹萌生及扩展，脆断几

9、率减小，使强韧性 增加例如 Cr12MoV 钢经 520r X12 h 预渗氮、1 000 r X10 min 扩氮、260r X4 h 等温淬火，并于230r X2 h回火的复合强韧化处理，得到适量的 B下与M的复 相组织，扩氮层显微硬度达 9001000HV，心表硬度过渡均匀，可使模具寿命 提高一个数量级。文献11针对Cr12钢也提出了在850r预热、1030r加热、280C 等温淬火、200r回火的复相强韧化处理工艺.等温时得到7%10%的B下与M 的复相组织，具有最佳的耐磨性与冲击韧度的搭配，使Cr12钢自行车把节头冷镦模寿命提高34倍，对Cr12MoV钢同样有借鉴意义。2.3增加深冷

10、处理Cr12MoV钢经常规10201040r淬火，AR量较多，约30%左右，硬度、 耐磨性不足，且易出现磨削裂纹，使模具提早破坏深冷处理过程中，由于 AR转变成M，以及超细碳化物析出，使钢的硬度、冲击韧度及耐磨性都得以提， 从而显著提高其力学性能和模具寿命，属于简单易行的强韧化热处理工艺。例如:(1) Cr12MoV钢经1030r加热淬火，180C回火，-196C深冷处理，再200r 回火，其AK值比常规热处理提高21%，使扇形冲压模具的寿命提高1.52倍。(2) Cr12MoV钢经1030r淬火，100C回火，-160C深冷处理2 h，500r回火两次，与常规处理相比，其冲击韧度变化不大，硬

11、度提高12 HRC, Rbb提高约5%,耐磨性大幅度提高，可使 M12螺母冷镦模寿命提高2倍。Cr12MoV钢1060C淬火并深冷处理后，400C回火硬度仍可保持60 HRC; 而常规淬火后，要保持60 HRC的硬度，回火温度不能超过200E。采用1060C 淬火，-196C深冷处理和400C回火的M16螺母六方冷镦冲模的使用寿命比常规 工艺处理的模具提高89倍。Cr12MoV钢经1000 C加热，300E分级淬火，180C回火2次，放入液氮 中深冷处理，取出放入 6070C热水中急热解冻，再在150200E回火。经此 工艺处理的缝纫机校架冷挤压凹模寿命为未经深冷处理的 1.6倍。Cr12Mo

12、V钢硅钢片冷冲凹模，经1030C淬火、180C回火后，AR量较 多，硬度不够（仅为57.5 HRC），耐磨性不足，且易出现磨削裂纹.经1100C淬火、 液氮深冷处理、520E回火，能明显降低AR量，平均硬度为67.4 HRC，耐磨性 增加，凹模寿命由原来的9.2万次提高到84.3万次，全部为磨损正常失效18。 深冷处理不仅提高了钢的强韧性、耐磨性、模具寿命，而且能稳定模具尺寸，改 善加工精度及表面质量，挽救一些尺寸超负公差的零件。例如：Cr12MoV钢淬火后冷到-196C，然后升温至室温后马上 343CX1 h回火，油冷硬度63 HRC， 收缩率为0.0012%; Cr12MoV钢淬火后冷到-

13、196C，升至室温后于510C X1h回 火，油冷，再重复两次-196C、510°CX1h回火，再经232CX1 h回火后空冷，硬 度59.5HRC，收缩率为0.0002%19。Cr12MoV钢经1040C真空加热淬火，200C 回火后，冲模外径普遍减小6080Lm，已无抛光余量（真空处理前仅留0.02 mm 加工余量），经-196C X4 min深冷处理，外径普遍增大100Lm;再经230C回火， 外径又减小1020Lm，满足了加工要求。冲模经1 000C真空加热淬火，200C 回火后外径变化不大12。2.4表面强化处理模具的表面处理方法很多，新的处理技术也不断涌现，但对Cr12M

14、oV钢模具而言，应用较多的主要有渗氮及其多元复合渗、硬化膜沉积技术等。（1）渗氮及多元复合渗Cr12MoV钢1 110C淬火、540C回火2次，经520540C渗氮26 h后， 表面硬度1042 HV0.1，心部硬度62.5 HRC; 980C淬火、180C回火，渗氮26 h后表面硬度1120 HV0.1,心部硬53HRC.耐磨性提高45%67%20。将Cr12MoV 钢的渗氮工艺和淬火、回火结合起来的复合强韧化处理10得到细小弥散的B下与M的复相组织，以及少量的AR，心表力学性能过渡均匀，渗层深度达300Lm， 使模具寿命大幅度提高.在渗氮的同时渗入硫（S）和氧（O），模具表面不仅具有高的

15、硬度、耐磨、减摩及抗胶合能力，而且能加速N的渗入，提高经济效益。Cr12MoV钢经1020E淬火、560C回火，然后在550C进行2 h的离子0、S、N共渗，渗 层厚度为0.160.18 mm,表面硬度为10001200 HV。Cr12MoV钢牙膏管冷挤 冲头采用此工艺处理后，平均寿命 3.5万件，提高3.5倍。对Cr12MoV钢先进 行等离子渗氮，然后再米用等离子 S、N、C共渗工艺，在其表面形成具有一定 硬度梯度的硫化物层+渗氮层的复合表面层，能显著提高其耐磨性及抗咬合性能， 摩擦系数降低2/322。在渗氮或复合渗表面处理中，加入适量的稀土元素，不仅 能提高渗速，而且能优化表面渗层的组织结

16、构，改善表面的物理化学性能，强化表面，是延长模具寿命的新途径。(2)硬化膜沉积技术硬化膜沉积技术目前应用较成熟的有CVD、PVD、电火花涂敷等。CVD、PVD由于设备原因成本较高，只在一些精密、长寿命模具上应用。电火花表面 涂敷由于方法简单，效果好，因而实际生产中应用较为广泛。Cr12MoV钢制落料及拉伸复合凹凸模经980C淬火，400C回火，硬度为48 HRC，通过对模具刃 口用WC电极进行电火花强化，涂层硬度达1100HV以上，模具平均寿命10050 件，比常规一次硬化处理提高 9倍23。3. 改善方法研究现状3.1预备热处理邓莉萍、罗军明等人对Cr12MoV失效模具进行组织、性能分析，并

17、对其重 新进行热处理，研究预备热处理工艺对模具组织、性能的影响。结果表明：采用 调质处理代替球化退火作为 Cr12MoV钢的预备热处理，更有利于碳化物形态的 改变，对提高模具强韧性有比较明显的效果；调质处理后，材料的冲击韧度、抗 弯强度分别达到8.556 J?cm2和2183.5MPa,相对于球化退火试样，分别提高了 13.7%和66.2%。刘骏曦等人分别采用球化退火和调质处理作为Cr12MoV钢的预备热处理，而后对钢进行相同的真空热处理，并对其显微组织、硬度、冲击韧 度、抗弯强度和耐磨性进行观察与测定。 结果表明：由于调质处理使得组织中碳 化物的形态、大小及分布得到改善，采用调质处理为预备热

18、处理的试样经最终热 处理后，其硬度、冲击韧度、抗弯强度和耐磨性均高于采用球化退火为预备热处 理的试样；其冲击韧度、抗弯强度分别达到 8.652 Jcm-2和2201.4 MPa,相对于 球化退火试样，分别提高了 13.5%和39.3%。罗军明等人采用固溶双细化处理对 Cr12MoV钢进行预备热处理，而后分别进行真空热处理和普通热处理，对其硬 度、冲击韧度、抗弯强度、耐磨性进行测定，并观察其显微组织和断口形貌。结 果表明：由于组织中碳化物以粒状均匀地分布于基体中，Cr12MoV钢经真空热处理后，材料的冲击韧度、抗弯强度、耐磨性均高于普通热处理。其冲击韧度、抗弯强度分别达到 8.347Jcm-2和

19、1732.6MPa,相对于普通热处理，分别提高 57.6% 和 16.9%。3.2淬火及回火高殿奎等人对Cr12MoV钢制硅钢片冷冲凹模，经1030e淬火+180e回火后 残留奥氏体含量较多，硬度不够，耐磨性不足。由于残留奥氏体的影响，凹模在 磨削中易出现裂纹。磨削裂纹成为疲劳裂纹的策源地，严重降低了凹模的使用寿 命.经试验，采用1100e淬火+液氮深冷处理+520e回火，能明显降低残留奥氏体 含量，使凹模硬度上升，耐磨性增加。由于残留奥氏体已基本消除，不但减少了 中间磨刃的次数，而且磨刃时也避免了磨削裂纹的产生，避免了凹模的疲劳断裂， 提高了硅钢片冷冲凹模的寿命。格晓辉等人通过调整Cr12M

20、oV钢洋火温度、冷处理和回火温度等3项工艺参数的合理配合，探讨了 Cr12MoV钢螺帽冷橄模的 泽韧化处理工艺。结果表明改进工艺后，模具寿命可提高9倍以上。丁阳喜等人通过对经常规处理后的 Cr12MoV钢用CO2激光器进行宽带激 光表面淬火，并对淬火后的试样进行不同温度的回火处理。 结果表明，激光淬火 组织的回火稳定性明显提高，并且"二次硬化"现象显著.借助扫描电镜观察，分 析了回火稳定性提高的原因。3.1激光淬火后表面到基体的形貌（左）激光淬火后相变区马氏体组织（右）Cr12MoV钢常规热处理后，再采用输出功率2.6kW，扫描速度6 mm/s,离 焦量65 mm的激光淬火

21、580E X1h回火，激光扫描带表面可获得较高的硬度。二次硬化”峰值硬度可达1083 HV0.1。3.3深冷处理刘勇等人对经不同深冷处理后的 Cr12MoV钢进行了力学性能检测和摩擦磨 损试验。试验结果表明，深冷处理可以明显提高Cr12MoV钢的硬度，最高增量达到228 HV0. 2.深冷处理可减少 Cr12MoV钢的残留奥氏体并提高其耐磨性， 经深冷处理3 X h +180E X.5h回火处理后，耐磨性提高最为显著，其磨损失 重率下降37.1% ;而残留奥氏体量则由未冷处理的 34.36%降至2. 58%，降幅达 92.5%。余立林等人测试了 Cr12MoV钢经深冷处理后的硬度、冲击韧性、执

22、压 屈服强度、冲击磨损扰力和疲劳裂纹扩展速率。采用透射电镜研究了深冷处理对 显微组织的影响.试验证实，深冷处理可使淬火马氏体析出高度弥散的超微细碳 化物，随后进200E低温回火后，这些超微细碳化物可转变为E碳化物。未经深冷处理的马氏体，在低温回火后，仅在某些局部区域析出有少数的E碳化物。赵国华等人对经不同工艺深冷处理后的 Cr12MoV钢进行了显微组织观察和 力学性能检测.试验结果表明，深冷处理可以不同程度地提高Cr12MoV钢的硬 度；淬火后进行深冷处理+180e8h回火后没有改善Cr12MoV钢的冲击韧度； 深冷处理可明显提高 Cr12MoV钢的耐磨性，其中深冷处理 6h的耐磨性提高最 为

23、显著，其磨损失重下降了 51.2%。图3.2为Cr12MoV钢经不同工艺深冷处理 后磨损表面的形貌。这表明，在本文条件下深冷处理 6h的试样具有更好的耐磨 性，其犁削沟较长且连续，沟的边缘比较平滑，有比较窄小的脊隆。图3.2 深冷处理不同时间后经 180e1. 5 h回火的C r12MoV钢的表面磨损形貌3.4表面强化处理唐丽文、杨明波等人对 Cr12MoV钢制模具表面TD盐浴渗钒处理后的硬化 层进行了研究，结果表明：Cr12MoV钢经980E保温5h后油淬和180C &h回 火的TD盐浴渗钒处理后， 可以形成由含V和C的化合物组成的厚约为11.4纳 米的表面渗层，且渗层厚度均匀致密并

24、与基体呈冶金结合。同时，渗层的表面硬度高达2786HV，使得材料的耐磨性能得到极大的提高。周泽杰等人探讨了 Cr12MoV冷作模具钢的中性盐浴渗钒处理工艺，运用扫描电子显微镜、显微硬 度计、摩擦磨损试验机等试验分析方法，观察、测定了渗层的组织、厚度、硬度 分布、相对耐磨性等特性.结果表明，该渗层组织均匀，结构致密，具有很高的 显微硬度和较高的耐磨性。王君丽、施雯等人采用非平衡磁控溅射方法在Cr12MoV钢表面制备了厚度约为3Lm的Ti/TiN涂层，测定了涂层的显微硬度，并通过划痕试验和摩擦磨损 试验考察了涂层同基体的结合强度及其摩擦磨损性能。结果表明：Ti/TiN涂层能 够显著提高Cr12Mo

25、V钢的表面硬度和承载能力；涂层同 Cr12MoV钢基体的结 合强度较高，划痕临界载荷高于 60N;与此同时，磁控溅射 Ti/TiN涂层可以显 著改善Cr12MoV钢的耐磨性能。这是由于磁控溅Ti/TiN涂层硬度高且与Cr12MoV钢基体的结合强度较高所致。图3.2 PVD-Ti/TiN涂层试样磨损表面形貌光学和电子显微照片(箭头所示为滑动方向)图3.2示出了 PVD-Ti/TiN涂层试样磨损表面形貌光学和电子显微照片(冲击 式磨损(17次/分钟)，转速200 r/min，载荷150N，试验时间6h，油润滑)。图3.3磨损体积损失与磨损时间的关系曲线可见，磁控溅射Ti/TiN涂层试样的耐磨性能显

26、著优于 Cr12MoV钢基体，其 磨损速率(0.0001 mm3/h)仅为Cr12MoV钢基体试样(0.0038 mm3/h)的1/40。所以, PVD-Ti/TiN涂层与Cr12MoV基体之间具有高的界面结合强度，能显著提高 Cr12MoV钢的表面硬度(3300HV)及承载能力，对Cr12MoV钢基体具有显著的强 化作用。为了让Cr12MoV钢耐磨性改善，我们采用形变热处理，淬火和回火，深冷 处理，表面强化等都让的耐磨性获得了很大改善。但由于Cr12MoV钢的应用广 泛，因此，对之耐磨性改良研究任重道远。参考文献1邹济林。表面强化技术在模具型腔的应用J。模具工业，2001，(5): 44-47。2周敬恩。模具材料选用、热处理与使用寿命J。金属热处理，1999，(5): 1-9。3赵昌盛。Cr12系冷作模具断裂失效分析J。金属热处理，2003，(1)： 68-69。4陈浩杰，蒋志武。Cr12钢模具调质和低温淬火处理 J。金属热理，1992，(8): 39-41。 姚月岩。高速钢冷冲模热处理工艺改进J。金属热处理，1992，(4