cr12mov鋼的熱處理工藝研究

cr12mov鋼的熱處理工藝研究

1熱處理因素是中小型企業(yè)所有權(quán)的主要失效形式cr12mov鋼是廣泛應(yīng)用于建模行業(yè)的冷作用鋼。它具有高耐鹽性、高硬度、高耐水性和小熱變形能力等特點。作為冷擠壓模具用鋼,其工作部位主要是模具的刃口,模具刃口在壓力和摩擦力的作用下,最常見的失效形式是磨損失效。生產(chǎn)和研究表明,磨損是Cr12MoV冷作模具鋼的主要失效形式之一。已有失效分析表明,熱處理因素對Cr12MoV冷作模具鋼的磨損失效影響最大,約占50%。本文通過研究不同的淬火和回火溫度下其組織、硬度和磨損性能的變化,探索提高其作為冷作模具壽命的可能性。2油冷冷卻熱處理工藝對金相組織的影響本試驗用鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%):C-1.45~1.70;Cr-11~12.5;Mo-0.4~0.6;V-0.15~0.3;Si、Mn≤0.40。熱處理工藝設(shè)計為950℃、1000℃、1050℃、1100℃和1150℃5個不同的奧氏體化溫度,加熱后油冷淬火再經(jīng)520℃回火,回火后出爐空冷到室溫,以研究淬火溫度對其組織和性能的影響。采用1100℃淬火研究回火溫度的組織和性能,取7個不同溫度回火:200℃、300℃、400℃、500℃、520℃、550℃和600℃。熱處理均采用箱式爐中進(jìn)行,試樣經(jīng)抗氧化涂料保護(hù),回火二次。測試不同熱處理工藝條件下的洛氏硬度,觀察其金相組織。磨損試驗在M-200磨損機(jī)上進(jìn)行,載荷為150N,試樣和GCr15(HRC61~63)對磨材料在無潤滑介質(zhì)條件下進(jìn)行高速干滑動磨損,使用JA3003型電子天平(精度為1mg)稱量其磨損前后的重量變化,采用掃描電鏡(SEM)觀察其磨損表面形貌。3試驗結(jié)果及分析3.1高溫高溫?zé)崽幚韺μ蓟锏挠绊憟D1-a為試驗鋼的原始組織,1-b、1-c、1-d分別為經(jīng)不同奧氏體化溫度淬火、520℃回火組織。由圖易知,與原始組織相比,熱處理后組織中剩余碳化物的數(shù)量、尺寸及分布均得到了改善,剩余碳化物量較原始組織中碳化物量已極大的減少,且由原來的大片塊狀變?yōu)樾K粒狀彌散分布于基體中。同時比較圖1-b、c可知,淬火溫度升高,碳化物逐漸溶解,剩余碳化物數(shù)量和尺寸均減少。當(dāng)淬火溫度為1150℃時(圖1-d),碳化物已基本溶解。另外,當(dāng)在950℃~1100℃溫度范圍內(nèi)淬火時,所得基體組織為隱針馬氏體,并存在少量的殘余奧氏體。在1150℃淬火時,由圖1-d可知,原始奧氏體晶粒因溫度升高而長大,組織中馬氏體呈針狀,清晰可見、尺寸相對較大,殘余奧氏體(白色組織)量顯著增加。試驗鋼在1100℃淬火后,分別在不同溫度(200~600℃)進(jìn)行回火,得到的組織如圖2所示。將經(jīng)各回火溫度處理所得組織在金相顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn),剩余碳化物的數(shù)量、分布等并無明顯的變化,由此可知,在本試驗所取回火溫度范圍內(nèi),回火溫度對試驗鋼剩余碳化物基本無影響。又據(jù)已有研究可知,在400~550℃回火時,殘余奧氏體大部分分解,同時基體中析出細(xì)小、彌散的合金碳化物?；鼗饻囟冗M(jìn)一步升高,析出的碳化物顆粒尺寸增大。3.2400環(huán)境圖3-A為試驗鋼經(jīng)不同奧氏體化溫度淬火、520℃回火后硬度曲線圖,由圖可知,當(dāng)在950~1100℃溫度范圍內(nèi)淬火并經(jīng)520℃回火時,硬度隨溫度升高呈上升趨勢,1100℃淬火回火后試驗鋼硬度達(dá)最高值,為62.6HRC;溫度繼續(xù)上升到1150℃時,硬度下降為61.2HRC。分析可知,淬火溫度的提高使得基體中溶解的碳及合金元素含量得以提高,奧氏體的合金化充分,硬度隨之上升;而當(dāng)溫度升至1150℃時,由于殘余奧氏體量增加、馬氏體粗化,試驗鋼硬度下降。1100℃淬火試樣經(jīng)200~600℃不同溫度回火所得硬度曲線如圖3-B所示。由圖中曲線易知,在200~550℃溫度范圍內(nèi)回火時,試驗鋼硬度隨溫度的升高而升高,550℃回火時達(dá)最大值,為62.7HRC,出現(xiàn)二次硬化峰。600℃回火時硬度僅為55.1HRC,為所有溫度處理中硬度最低值,硬度急劇降低。分析可知,當(dāng)回火溫度低于550℃時,隨著回火溫度的升高,馬氏體分解、彌散碳化物析出,鋼的硬度上升。在550℃時達(dá)硬度最高值,其原因有二:一是馬氏體分解析出碳化物使其硬度提高,即鋼中的Mo、V會析出形成(CrMoV)2C類型的沉淀物導(dǎo)致二次硬化;二是由于回火時殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變使其硬度提高。當(dāng)溫度達(dá)600℃時,粗化的碳化物失去其彌散強(qiáng)化作用,導(dǎo)致硬度下降。另由圖3-B易知,所有試樣經(jīng)二次回火后的硬度均比一次回火后的硬度高。這是因為殘余奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變是在回火后的冷卻過程中進(jìn)行的,二次回火使更多的殘余奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變,硬度升高。在實際應(yīng)用中為獲得較高的硬度和理想的組織,可選擇在1050~1100℃范圍內(nèi)淬火,再在550℃左右二次回火。3.3氫化金屬對大陸法性能的影響將在950~1150℃不同奧氏體化溫度淬火、520℃回火后的試樣進(jìn)行磨損試驗,試樣失重與淬火溫度的關(guān)系變化曲線如圖4-A。由圖易知,在950~1100℃溫度范圍內(nèi),隨著淬火溫度升高,試樣的磨損失重量逐漸減少,即試樣的耐磨性依次增加,1100℃試樣的磨損失重最小,亦即耐磨性最好;而當(dāng)淬火溫度超過1100℃后,磨損失重量急劇增大,耐磨性降低。由此可知,淬火溫度對材料的耐磨性有重要影響,熱處理時應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)拇慊饻囟?不宜過高或過低。1100℃淬火、不同溫度回火試樣磨損失重與回火溫度的關(guān)系變化曲線如圖4-B。由圖可見,在200~520℃的回火溫度區(qū)間內(nèi),試樣磨損失重曲線變化平緩,550℃回火試樣的磨損失重最少,曲線出現(xiàn)最低峰值;600℃回火試樣的磨損失重又急劇增加。不同溫度淬火、520℃回火試樣的磨損形貌如圖5所示。1100℃淬火試樣的磨損形貌(圖5-b)與其他試樣的磨損形貌相比,其磨痕淺且細(xì),犁削痕跡不明顯,磨損表面僅有少量剝落,其他溫度試樣的表面磨痕均較深而且明顯。其中1000℃試樣磨損表面犁削痕跡十分明顯,磨痕較深且呈清晰的平行條狀,如圖5-a。1150℃試樣磨損表面有較多剝落,基體上可見明顯的磨損剝落痕跡,如圖5-c,這是因為該溫度處理試樣硬度不夠、耐磨性不足。由于基體中存在的大量殘余奧氏體,磨痕有層片狀特征,邊界有撕裂痕跡,耐磨性急劇下降。1100℃淬火、各溫度回火試樣的磨損形貌如圖6所示。由圖分析可知,300℃回火條件下(圖6-a),由于該溫度下試樣硬度較低,表面有大片脫落,磨損較為厲害;550℃回火條件下(圖6-b),由于硬度提高,條狀磨痕淺且細(xì),而且無大塊剝落現(xiàn)象,耐磨性最好;依圖6-c可見,600℃回火試樣基體上出現(xiàn)明顯的磨損坑洞和裂紋。這是因為析出碳化物的粗化使得硬度急劇降低,試樣的耐磨性嚴(yán)重不足。組織中尺寸較大的剩余碳化物在外加應(yīng)力和長時間磨損條件下,會脫落形成新的磨屑,加劇對材料的磨損,而且碳化物的尺寸越大,這個影響越明顯。4殘余碳化物與退火鋼材料的性能(1)試驗鋼在經(jīng)950~1150℃不同溫度淬火后再經(jīng)520℃回火時,1100℃試樣得隱針馬氏體+少量殘余奧氏體基體組織,且剩余碳化物溶解較為充分,其硬度最高、耐磨性最好。(2)1100℃淬火鋼