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1、摘要：Cr12MoV钢制模具经高温调质、等温淬火等主要工序后，得到下贝氏体、回火马 氏体和少量残余奥氏体的复合组织，可获得良好强度和韧性的匹配，其强韧性明显高于常规 的热处理方法。应用于我公司使用的两种模具，其耐用度明显提高。前言:Cr12MoV钢经热处理后具有高的硬度、强度、耐磨性和良好的淬透性能而被广泛 应用于冷作模具。我们自制的滚丝模具（见图1）和异形冲子（见图2）两种模具使用材料均为 Cr12MoV钢。用常规热处理方法处理后，滚丝模具在使用过程中齿部崩齿而报废，每副模 具平均加工零件约1 560件。异形冲子在加工零件500件时，尖角部位出现脆性掉块现象， 虽经几次修磨后平均加工零件仅为
2、3000件左右。这无疑严重影响了每月几十万件零件的生 产数量和进度。因此，解决和提高两种模具耐用度是摆在我们面前的一项研究课题。1模具的服役条件和失效分析 1.1服役条件滚丝模具是在滚丝机床上加工冷态35钢零件的外螺纹，零件螺纹精度达6级，加工零件外螺纹时由于挤压变形量较大，要求该模具具有较高的抗变形能力、耐磨性和韧性。异形 冲子是在100T冲床上挤压退火态的硬铝零件成型，零件塑性变形量较大，并且零件成型后 不再进行后序的机械加工，要求模具工作部位尺寸一致性好，应具有较高的耐压强度、耐磨 性和韧性。1.2失效形式及分析我们对已报废的两种模具逐一进行硬度检测，均为6062HRC，符合图纸要求，抽
3、样切块经金相检查组织为回火马氏体+少量残留奥氏体+碳化物，碳化物偏析级别为3.54.5 级不等。两种模具除少量滚丝模具由于产生磨削裂纹时在使用时又沿原裂纹扩展而报废外， 其余模具失效形式的共同特点均为脆性崩齿或掉块，未发现因强度和硬度不足产生的工作部 位挤压变形或磨损。将两种模具硬度降至5860HRC时，脆性崩齿或掉块现象没有改善， 由此可看出：模具工作部位脆性大、韧性不足是造成模具耐用度低的主要原因，保证模具良 好强度和韧性的匹配是提高模具耐用度的主要措施。2提高模具强韧性的途径2.1改善碳化物偏析，减小碳化物颗粒Cr12MoV钢属高碳高铬合金模具钢，组织内部共晶碳化物多、颗粒大、偏析严重，
4、这 些碳化物的存在，除容易造成模具淬火开裂和变形外，还增加了模具使用过程中的脆性，降 低了韧性。因此我们用常规方法对该钢进行多次墩粗和拔长，将大块状碳化物击碎，并改善 了组织内部碳化物偏析，为防止由于原材料表面存在的裂纹等缺陷导致锻造过程出现的裂纹 扩展而报废，锻造前用机械加工的方法将毛坯表面去除23mm，并在锻造后及时进行球化退火，退火后硬度250HBS，球化级别为23级。2.2增加高温调质工序由于Cr12MoV钢组织内部碳化物交边形态呈尖角状，极易造成尖角处的应力集中，增 加了淬火开裂、磨削裂纹和使用过程中产生脆性的倾向。当用常规调质工艺参数时，由于淬 火加热温度低，不能改变和溶解碳化物的
5、尖角形态，其作用和意义不是很大。为进一步减少 碳化物颗粒和尖角形态对模具磨削裂纹和脆性的影响，根据Cr12MoV钢材料特性和热处理 工艺的特点，在模具粗加工后，增加半成品的高温调质工序，即将淬火加热温度提高到该材 料的二次硬化温度，淬火后进行高温回火（见图3）。提高淬火加热温度能使在原较低的加热 温度下不能溶解的较小碳化物进一步溶解，一些较大的碳化物虽不能溶解但也会在较高温度 加热时，由于尖角处高浓度碳向与其接近部位低浓度碳的平面处:或曲率半径大的部位）的扩 散加剧，产生尖角处碳化物的微溶现象，使尖角处发生钝化，曲率半径增大。这种对小块状 碳化物的溶解和大块状碳化物尖角形态的改变，缓解和减轻了
6、碳化物数量多和呈尖角形态时 易造成应力集中的不利影响，并且已溶的大量碳化物在高温回火过程中又以细小的粒状碳化 物均匀地析出，不仅降低了模具的脆性、增加了韧性，又为随后等温淬火时提高下贝氏体强 度奠定了基础。因此，Cr12MoV钢增加半成品高温调质工序是提高模具强韧性和减少磨削 裂纹的重要措施之一。mu图3高温调质埃具网一言言言-ou I d365 一 cobil2lt1tA时间rr in2.3采用亚温加热、等温淬火Cr12MoV钢在10201040C加热保温后淬火，可获得淬火马氏体量最多、硬度达到 最高值。根据模具失效形式，为最大限度地保证模具在具有足够强度和硬度的前提下，进一 步提高和挖掘材
7、料韧性潜力，采用了降低加热温度、延长保温时间、进行下贝氏体等温淬火、 然后在Ms线以下温度回火两次的工艺方法（见图4）。由于奥氏体晶粒的长大速率除与保温时间有关外，更主要取决于奥氏体化的加热温度。采用亚温加热延长保温时间，其目的是尽可能得到均匀细小的奥氏体晶粒，使合金碳化物在 一定时问内大多数溶于奥氏体当中，由于组织转变的遗传性，淬火时得到复合组织的晶粒均 比常规加热温度小的多，提高了材料的韧性。采用等温淬火的目的是获得一定数量的下贝氏 体组织和随后冷却过程中残余奥氏体继续转变得到马氏体组织。由于Cr12MoV钢含碳量高，得到高碳的下贝氏体组织除具有良好的强度外，其断裂韧度明显高于回火马氏体组
8、织， 并且当下贝氏体和马氏体按一定比例组合后，开始形成的下贝氏体起着分割奥氏体晶粒的作 用，又使随后形成的马氏体细化，因而降低了脆性转变温度，有利于强度的提高。因此采用 亚温加热和等温淬火使模具获得了良好强度和韧性的匹配。2.4增加消除应力的时效工序滚丝模具牙型在热处理后精磨加工成型，异形冲子在半成品热处理后进行线切割加工 成型。滚丝模具在磨削加工中，容易因磨削过热造成磨削应力产生磨削裂纹或增加使用过程 中的脆性。异形冲子在线切割加工过程中，表面由于在瞬间高温融化后快速冷却时，又产生 了新的淬火组织，其表层应力容易造成在使用过程中产生脆性或在存放过程中产生裂纹，特 别是模具尖角部位表现尤为突出
9、。为消除机械或电加工后模具形成的应力和在使用过程中产 生脆性的影响，在模具磨削或线切割加工后，增加了低温(160笆180C)加热，1216 小时保温的消除应力时效处理。3应用结果Cr12MoV钢制模具经高温调质和等温淬火后得到的复合组织，在保证模具工作部位 抗变形能力和耐磨性的基础上，显著提高了韧性，得到了强韧性的有机配合，增加消除应力 时效工序后，进一步消除了模具在使用过程中产生脆性的影响。该方法应用于生产中，试验 10副滚丝模具平均每副加工零件12300件，异形冲子平均每个加工零件24000件，耐用 度分别比原方法提高了8倍以上，满足了生产数量和进度的要求，已将该方法固化并纳入 两种模具的热处理工艺规程。4结语1）、由理论分析和试验结果，Cr12MoV钢制的滚丝模具和异形冲子经高温调质和等 温淬火得到的复合组织，其强韧性明显高于常规热处理后得到的回火马氏体。2）、增加高温调质能缓解和减轻Cr12MoV钢碳化物呈尖角形态时易造成应力集中的 不利影响。3）、增加消除应力的时效工序利于消除磨削或电加工后形成的应力，进一步减少了模 具使用过程的脆性。
