cr12mov钢的热处理工艺研究

cr12mov钢的热处理工艺研究

1热处理因素是中小型企业所有权的主要失效形式cr12mov钢是广泛应用于建模行业的冷作用钢。它具有高耐盐性、高硬度、高耐水性和小热变形能力等特点。作为冷挤压模具用钢,其工作部位主要是模具的刃口,模具刃口在压力和摩擦力的作用下,最常见的失效形式是磨损失效。生产和研究表明,磨损是Cr12MoV冷作模具钢的主要失效形式之一。已有失效分析表明,热处理因素对Cr12MoV冷作模具钢的磨损失效影响最大,约占50%。本文通过研究不同的淬火和回火温度下其组织、硬度和磨损性能的变化,探索提高其作为冷作模具寿命的可能性。2油冷冷却热处理工艺对金相组织的影响本试验用钢的化学成分(质量分数,%):C-1.45~1.70;Cr-11~12.5;Mo-0.4~0.6;V-0.15~0.3;Si、Mn≤0.40。热处理工艺设计为950℃、1000℃、1050℃、1100℃和1150℃5个不同的奥氏体化温度,加热后油冷淬火再经520℃回火,回火后出炉空冷到室温,以研究淬火温度对其组织和性能的影响。采用1100℃淬火研究回火温度的组织和性能,取7个不同温度回火:200℃、300℃、400℃、500℃、520℃、550℃和600℃。热处理均采用箱式炉中进行,试样经抗氧化涂料保护,回火二次。测试不同热处理工艺条件下的洛氏硬度,观察其金相组织。磨损试验在M-200磨损机上进行,载荷为150N,试样和GCr15(HRC61~63)对磨材料在无润滑介质条件下进行高速干滑动磨损,使用JA3003型电子天平(精度为1mg)称量其磨损前后的重量变化,采用扫描电镜(SEM)观察其磨损表面形貌。3试验结果及分析3.1高温高温热处理对碳化物的影响图1-a为试验钢的原始组织,1-b、1-c、1-d分别为经不同奥氏体化温度淬火、520℃回火组织。由图易知,与原始组织相比,热处理后组织中剩余碳化物的数量、尺寸及分布均得到了改善,剩余碳化物量较原始组织中碳化物量已极大的减少,且由原来的大片块状变为小块粒状弥散分布于基体中。同时比较图1-b、c可知,淬火温度升高,碳化物逐渐溶解,剩余碳化物数量和尺寸均减少。当淬火温度为1150℃时(图1-d),碳化物已基本溶解。另外,当在950℃~1100℃温度范围内淬火时,所得基体组织为隐针马氏体,并存在少量的残余奥氏体。在1150℃淬火时,由图1-d可知,原始奥氏体晶粒因温度升高而长大,组织中马氏体呈针状,清晰可见、尺寸相对较大,残余奥氏体(白色组织)量显著增加。试验钢在1100℃淬火后,分别在不同温度(200~600℃)进行回火,得到的组织如图2所示。将经各回火温度处理所得组织在金相显微镜下观察发现,剩余碳化物的数量、分布等并无明显的变化,由此可知,在本试验所取回火温度范围内,回火温度对试验钢剩余碳化物基本无影响。又据已有研究可知,在400~550℃回火时,残余奥氏体大部分分解,同时基体中析出细小、弥散的合金碳化物。回火温度进一步升高,析出的碳化物颗粒尺寸增大。3.2400环境图3-A为试验钢经不同奥氏体化温度淬火、520℃回火后硬度曲线图,由图可知,当在950~1100℃温度范围内淬火并经520℃回火时,硬度随温度升高呈上升趋势,1100℃淬火回火后试验钢硬度达最高值,为62.6HRC;温度继续上升到1150℃时,硬度下降为61.2HRC。分析可知,淬火温度的提高使得基体中溶解的碳及合金元素含量得以提高,奥氏体的合金化充分,硬度随之上升;而当温度升至1150℃时,由于残余奥氏体量增加、马氏体粗化,试验钢硬度下降。1100℃淬火试样经200~600℃不同温度回火所得硬度曲线如图3-B所示。由图中曲线易知,在200~550℃温度范围内回火时,试验钢硬度随温度的升高而升高,550℃回火时达最大值,为62.7HRC,出现二次硬化峰。600℃回火时硬度仅为55.1HRC,为所有温度处理中硬度最低值,硬度急剧降低。分析可知,当回火温度低于550℃时,随着回火温度的升高,马氏体分解、弥散碳化物析出,钢的硬度上升。在550℃时达硬度最高值,其原因有二:一是马氏体分解析出碳化物使其硬度提高,即钢中的Mo、V会析出形成(CrMoV)2C类型的沉淀物导致二次硬化;二是由于回火时残余奥氏体向马氏体转变使其硬度提高。当温度达600℃时,粗化的碳化物失去其弥散强化作用,导致硬度下降。另由图3-B易知,所有试样经二次回火后的硬度均比一次回火后的硬度高。这是因为残余奥氏体向马氏体的转变是在回火后的冷却过程中进行的,二次回火使更多的残余奥氏体发生转变,硬度升高。在实际应用中为获得较高的硬度和理想的组织,可选择在1050~1100℃范围内淬火,再在550℃左右二次回火。3.3氢化金属对大陆法性能的影响将在950~1150℃不同奥氏体化温度淬火、520℃回火后的试样进行磨损试验,试样失重与淬火温度的关系变化曲线如图4-A。由图易知,在950~1100℃温度范围内,随着淬火温度升高,试样的磨损失重量逐渐减少,即试样的耐磨性依次增加,1100℃试样的磨损失重最小,亦即耐磨性最好;而当淬火温度超过1100℃后,磨损失重量急剧增大,耐磨性降低。由此可知,淬火温度对材料的耐磨性有重要影响,热处理时应选择适当的淬火温度,不宜过高或过低。1100℃淬火、不同温度回火试样磨损失重与回火温度的关系变化曲线如图4-B。由图可见,在200~520℃的回火温度区间内,试样磨损失重曲线变化平缓,550℃回火试样的磨损失重最少,曲线出现最低峰值;600℃回火试样的磨损失重又急剧增加。不同温度淬火、520℃回火试样的磨损形貌如图5所示。1100℃淬火试样的磨损形貌(图5-b)与其他试样的磨损形貌相比,其磨痕浅且细,犁削痕迹不明显,磨损表面仅有少量剥落,其他温度试样的表面磨痕均较深而且明显。其中1000℃试样磨损表面犁削痕迹十分明显,磨痕较深且呈清晰的平行条状,如图5-a。1150℃试样磨损表面有较多剥落,基体上可见明显的磨损剥落痕迹,如图5-c,这是因为该温度处理试样硬度不够、耐磨性不足。由于基体中存在的大量残余奥氏体,磨痕有层片状特征,边界有撕裂痕迹,耐磨性急剧下降。1100℃淬火、各温度回火试样的磨损形貌如图6所示。由图分析可知,300℃回火条件下(图6-a),由于该温度下试样硬度较低,表面有大片脱落,磨损较为厉害;550℃回火条件下(图6-b),由于硬度提高,条状磨痕浅且细,而且无大块剥落现象,耐磨性最好;依图6-c可见,600℃回火试样基体上出现明显的磨损坑洞和裂纹。这是因为析出碳化物的粗化使得硬度急剧降低,试样的耐磨性严重不足。组织中尺寸较大的剩余碳化物在外加应力和长时间磨损条件下,会脱落形成新的磨屑,加剧对材料的磨损,而且碳化物的尺寸越大,这个影响越明显。4残余碳化物与退火钢材料的性能(1)试验钢在经950~1150℃不同温度淬火后再经520℃回火时,1100℃试样得隐针马氏体+少量残余奥氏体基体组织,且剩余碳化物溶解较为充分,其硬度最高、耐磨性最好。(2)1100℃淬火钢