模具是現(xiàn)代制造業(yè)核心工具,是工業(yè)制造中*的成型工具。近20年來(lái)，我國(guó)模具工業(yè)發(fā)展非常迅速,尤其是近幾年,模具需求一直以每年15%左右的速度快速增長(zhǎng)。國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對(duì)模具工業(yè)提出了越來(lái)越高的要求，也為其發(fā)展提供了強(qiáng)大的動(dòng)力。作為主要模具材料的模具鋼則是模具制造的基礎(chǔ),隨著模具工業(yè)的迅速發(fā)展,對(duì)模具鋼的數(shù)量、質(zhì)量、品種、規(guī)格、性能等各個(gè)方面提出更高、更新的要求。Cr12MoV鋼是應(yīng)用最為廣泛的冷作模具鋼"。雖然強(qiáng)度、硬度較高,耐磨性好，但其韌度較差,對(duì)熱加工工藝和熱處理工藝要求較高，處理工藝不當(dāng)，很容易造成模具的過(guò)早失效[2-3]。

研究發(fā)現(xiàn),淬火過(guò)程中得到馬氏體加下貝氏體復(fù)相組織具有比單一馬氏體或者下貝氏體組織更好的強(qiáng)韌性[°;另外,淬火后組織中含有適量的殘留奧氏體可一定程度上提高材料的韌性,對(duì)于合金鋼來(lái)說(shuō),合金元素的種類和含量對(duì)鋼淬火后殘留奧氏體的量也有顯著影響[5;合理的淬火溫度會(huì)使鋼保留需要的高溫組織和細(xì)小的晶粒,以保證回火后獲得良好的綜合性能。

近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者在Cr12MoV鋼熱處理新工藝方面開展了廣泛的研究[68]。研究表明,Cr12MoV鋼中碳化物的形態(tài)和分布對(duì)其韌性有很大影響(彌散碳化物析出強(qiáng)化)。因此,通過(guò)適當(dāng)?shù)幕鼗鸸に嚳刂撇牧辖M織中碳化物的形狀、數(shù)量、尺寸和分布等,可改善強(qiáng)韌性，獲得較高的綜合力學(xué)性能。另外,不同回火溫度對(duì)合金鋼的拉伸和沖擊性能有很大影響,通常情況下,增加回火溫度會(huì)增加沖擊韌性并降低拉伸強(qiáng)度;由于二次硬化現(xiàn)象的發(fā)生,在500 ~600 ℃間增加回火溫度也可一定程度上提高合金鋼的硬度。綜上,在Cr12MoV熱處理工藝開發(fā)已取得了一些成果,但也存在工藝過(guò)程較復(fù)雜.熱處理過(guò)程能源消耗大等缺點(diǎn)。本論文擬通過(guò)研究不同回火工藝參數(shù)條件下Cr12MoV鋼的微觀組織和力學(xué)性能特征,進(jìn)而找出更節(jié)能的熱處理工藝。

試驗(yàn)采用的Cr12MoV鋼是一種典型的高碳高合金鋼,其化學(xué)成分見表1。將用于熱處理的Cr12MoV鋼加工成大小為$b20 mm x 50 mm 的圓柱試樣,進(jìn)行調(diào)質(zhì)試驗(yàn),具體工藝為1025℃淬火,在490、510 ℃分別保溫0.5、3 h。對(duì)熱處理后的試樣進(jìn)行力學(xué)性能分析和微觀組織表征。為了檢驗(yàn)熱處理后試樣的切削性和耐磨性,采用MHT-10顯微硬度測(cè)量?jī)x(載荷砝碼100 g,加載時(shí)間10 s)對(duì)硬度進(jìn)行測(cè)量;利用Rigaku PSPC/MICRO應(yīng)力分析儀對(duì)殘余應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量,具體位置見圖1。采用JEOLJXA-8100電子探針(EPMA )對(duì)元素分布進(jìn)行測(cè)定;采用ZEISS Axiovert 200 MAT光學(xué)顯微鏡觀察微觀組織分布;采用Rigaku Smartlab X射線衍射儀對(duì)不同衍射峰進(jìn)行物相標(biāo)定,通過(guò)相對(duì)強(qiáng)度法計(jì)算殘留奧氏體體積分?jǐn)?shù)。

畸變量及力學(xué)性能分析

圖2為不同回火條件下Cr12MoV鋼試樣畸變量、殘余應(yīng)力和硬度分布的測(cè)量結(jié)果。從圖2中可以看出,不論是試樣底面還是側(cè)面,當(dāng)回火時(shí)間由0.5 h增加到3 h時(shí),殘余應(yīng)力顯著降低,畸變量顯著減小。通常情況下,表面壓應(yīng)力越高,則疲勞強(qiáng)度越高,切削性能越差。因此,通過(guò)增加回火時(shí)間降低表面壓應(yīng)力,可提高鋼的切削性能。通過(guò)比較490℃和510℃回火溫度下的測(cè)量結(jié)果,發(fā)現(xiàn)與回火時(shí)間相比,回火溫度對(duì)畸變量和殘余應(yīng)力的影響較小。

圖2( c)為測(cè)量得到的硬度結(jié)果。可以看出,盡管隨著回火時(shí)間的增加 ,最大硬度值降低,但當(dāng)回火時(shí)間較長(zhǎng)時(shí),試樣不同位置的硬度分布更為均勻。當(dāng)前研究采用的Crl2MoV鋼熱處理前硬度為654HVO.1 ,熱處理后各測(cè)定點(diǎn)硬度均大于此值,并沒有因?yàn)榛鼗鹛幚沓霈F(xiàn)硬度下降。另外,從圖2( c)中還可以看出,不同回火溫度條件下測(cè)量得到的硬度結(jié)果變化較小。

1)當(dāng)回火時(shí)間由0.5 h增加到3 h時(shí),可顯著降低Crl2MoV鋼試樣熱處理后的畸變量和殘余應(yīng)力,并且試樣表面硬度分布更均勻。

2)當(dāng)回火時(shí)間由0.5 h增加到3 h時(shí), Crl2 MoV鋼中殘留奧氏體含量顯著降低,回火組織晶粒尺寸更細(xì)小,合金碳化物分布更均勻。通過(guò)EPMA分析可得,回火后主要的碳化物為碳化鉬。

3)通過(guò)對(duì)510C和490C回火溫度條件下試樣進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)試樣熱處理后力學(xué)性能和微觀組織基本不變。因此,采用490 C、3 h的回火工藝可以同時(shí)滿足提高力學(xué)性能和節(jié)能的需要。