CN107794348A - 一种提高Cr12MoV钢综合性能的热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种提高Cr12MoV钢综合性能的热处理工艺，涉及热处理工艺技术领域，为解决现有技术中Cr12MoV钢热处理工艺不合理以及该钢在热处理后其综合性能不理想的技术问题而设计。该热处理工艺包括以下步骤：淬火阶段：将Cr12MoV钢加热到奥氏体化温度1025℃，并保温0.2~1h，出炉空冷至室温；回火阶段：将淬火后的Cr12MoV钢重新加热至490~510℃，保温时间为0.2‑4h，出炉空冷至室温。本发明的工艺与现有技术相比，具有下述优点：按本发明的热处理工艺，由于二次硬化现象的发生，力学性能显著提高，其强度较高，硬度大于58HRC，耐磨性好，提高了韧度，而且在一定程度上减少了热应力，使工件变形、开裂倾向减小，整体提高了工件综合使用性能的要求。

Description

一种提高Cr12MoV钢综合性能的热处理工艺
技术领域
本发明属于热处理工艺技术领域，特别涉及一种提高Cr12MoV钢综合性能的热处理工艺。
背景技术
模具是工业发展的基础，是工业制造中不可缺少的成型工具。随着模具工业的迅速发展，对模具钢的数量、质量、品种、规格和性能各方面提出了更高的要求。Cr12MoV钢是国内外应用最广泛的冷作模具钢之一，冷成型模具在现代工业应用中占有十分重要的地位，主要用于冷态下进行工件压制、冷拉、冲压成型等的模具。Cr12MoV钢虽然强度、硬度较高，耐磨性好，但其韧度较差，对热加工工艺和热处理工艺的要求较高，处理工艺不当，很容易造成模具的过早失效。
我国冲压模具生产中，其传统工艺流程为：下料-退火处理-机械加工-最终热处理-精加工，其中最终热处理是为了使模具获得较好的使用性能，传统最终热处理工艺是淬火加低温回火。淬火过程中，钢被加热到奥氏体化温度以上并保温，然后被快速冷却到室温。然而，高碳钢高温加热直接淬火形成的高碳马氏体非常容易产生显微裂纹，而且这种显微裂纹即使重新淬火也不能完全消除，导致钢的强韧性降低。对于冷冲压模具一般要求模具热处理后有尽可能高的硬度和足够的冲击韧性，因此选取适当的温度淬火会使热处理后的钢保留所需的高温组织和细小晶粒，以使回火后的组织能获得较好的综合性能，从而保证模具具有较高的质量和较长的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种提高Cr12MoV钢综合性能的热处理工艺，以解决现有技术中Cr12MoV钢热处理工艺不合理以及该钢在热处理后其综合性能不理想的技术问题。
本发明的目的可以通过采用以下技术方案来实现：
一种提高Cr12MoV钢综合性能的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）淬火阶段：将所述Cr12MoV钢加热到奥氏体化温度1025℃，并保温0.2~1h，出炉空冷至室温；
（2）回火阶段：将淬火后的Cr12MoV钢重新加热至490~510℃，保温时间为0.2-4h，出炉空冷至室温。
进一步的，在淬火阶段，Cr12MoV钢的保温时间为0.5h。
进一步的，在回火阶段，Cr12MoV钢的保温时间为3h。
进一步的，在淬火阶段，空冷时间不少于4h。
进一步的，所述Cr12MoV钢的化学成分按重量百分比计如下：C：1.45～1.70、Si：≤0.40、Mn：≤0.40、S：≤0.030、P：≤0.030、Cr：11.00～12.50、Ni：≤0.25、Cu：≤0.30、V：0.15～0.30、Mo：0.40～0.60，其余为Fe。
本发明的优点和有益效果在于：
采用本发明中的上述热处理条件对Cr12MoV钢进行热处理，由于Cr12MoV钢在淬火冷却（空冷）过程中的冷却速率较慢且冷却时间较长，促使基体析出了一定数量的合金碳化物，其主要组织为Mo2C。合金碳化物溶于奥氏体组织后经高温回火后，重构成弥散分布的二次碳化物析出，大量二次碳化物的弥散分布不仅强化了基体，而且对耐磨性能具有一定的贡献，同时合金碳化物的弥散分布也提高了韧性。其次，本发明在淬火阶段采用空冷，区别于传统淬火回火的热处理工艺方法，避免了高碳钢因高温加热直接淬火过程微观裂纹的产生，同时在一定程度上减少了热应力，使工件变形、开裂倾向减小，整体提高了工件综合使用性能的要求。
具体实施方式
下面结合实施例对，对本发明的具体实施方式作进一步描述。下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种提高Cr12MoV钢综合性能的热处理工艺，包括以下步骤：
（1）淬火阶段：将所述Cr12MoV钢加热到奥氏体化温度1025℃，并保温0.2~1h，出炉空冷至室温；
（2）回火阶段：将淬火后的Cr12MoV钢重新加热至490~510℃，保温时间为0.2-4h，出炉空冷至室温。
本实施例中，优选地，在淬火阶段，Cr12MoV钢的保温时间为0.5h。
优选地，在回火阶段，Cr12MoV钢的保温时间为3h。
优选地，在淬火阶段，空冷时间不少于4h。
下面将结合实施例1-4对Cr12MoV钢经热处理后的变形量、硬度、残余应力等做进一步详细的说明。
其中，实施例1-4中Cr12MoV钢的化学成分按重量百分比计如下：C：1.45～1.70、Si：≤0.40、Mn：≤0.40、S：≤0.030、P：≤0.030、Cr：11.00～12.50、Ni：≤0.25、Cu：≤0.30、V：0.15～0.30、Mo：0.40～0.60，其余为Fe。
实施例1
一种提高Cr12MoV钢综合性能的热处理工艺，包括以下步骤：
（1）淬火阶段：将Cr12MoV钢在热处理炉中加热到奥氏体化温度1025℃，并增加一段保温时间0.5h，然后，出炉空冷至室温。
（2）回火阶段：将淬火后的Cr12MoV钢在加热炉中加热到温度为510℃，保温时间为0.5h，然后，自然冷却至室温。
实施例2
一种提高Cr12MoV钢综合性能的热处理工艺，包括以下步骤：
（1）淬火阶段：将Cr12MoV钢在热处理炉中加热到奥氏体化温度1025℃，并增加一段保温时间0.5h，然后，出炉空冷至室温。
（2）回火阶段：将淬火后的Cr12MoV钢在加热炉中加热到温度为490℃，保温时间为0.5h，然后，自然冷却至室温。
实施例3
一种提高Cr12MoV钢综合性能的热处理工艺，包括以下步骤：
（1）淬火阶段：将Cr12MoV钢在热处理炉中加热到奥氏体化温度1025℃，并增加一段保温时间0.5h，然后，出炉空冷至室温。
（2）回火阶段：将淬火后的Cr12MoV钢在加热炉中加热到温度为510℃，保温时间为3h，然后，自然冷却至室温。
实施例4
一种提高Cr12MoV钢综合性能的热处理工艺，包括以下步骤：
（1）淬火阶段：将Cr12MoV钢在热处理炉中加热到奥氏体化温度1025℃，并增加一段保温时间0.5h，然后，出炉空冷至室温。
（2）回火阶段：将淬火后的Cr12MoV钢在加热炉中加热到温度为490℃，保温时间为3h，然后，自然冷却至室温。
其中，实施例1-4中，Cr12MoV钢选用规格为φ20mm，长度为60mm的圆钢试样。分别对实施例1-4中的Cr12MoV钢进行试验。
其中，表1-3中的高度方向上的测量点1-5为Cr12MoV圆钢纵剖面上且沿着其侧边线上的测量点，其中，相邻两个测量点之间的间隔为15mm。
表1-3中的直径方向上的测量点1-5为Cr12MoV圆钢横截面上且沿着其中心线上的测量点，其中，相邻两个测量点之间的间隔为5mm。
其中，试验结果如下：
表1 Cr12MoV钢变形量的统计结果
从表1中的试验结果来看，Cr12MoV圆钢试样在侧边线和底面较中心位置的变形量较大，尤其是底面的边缘位置。随着回火时间的延长，Cr12MoV圆钢试样的变形量明显降低。如510℃回火保温0.5小时，底面变形为0.34~0.5mm，侧面变形为0.04~0.0138mm；510℃回火保温3小时，底面变形为0.016~0.018mm，侧面变形为0.0011~0.003mm。
表2 Cr12MoV钢硬度的统计结果（维氏硬度）
从表2中的试验结果来看，Cr12MoV圆钢试样经510℃回火、时间保持0.5h后的硬度区间为59.7~60.8HRC；Cr12MoV圆钢试样经490℃回火、时间保持0.5h后的硬度区间为59.2~60.0HRC；Cr12MoV圆钢试样经510℃回火、时间保持3h后的硬度区间为58.8~59.1HRC；Cr12MoV圆钢试样经490℃回火、时间保持3h后的硬度区间为56.4~57.6HRC。
这是由于回火温度较低时，组织内部析出渗碳体和发生碳原子的偏聚，引起的弥散硬化现象导致的，这个阶段Cr12MoV圆钢的硬度基本保持不变。随着回火温度的继续上升，碳化物进一步析出长大削弱了基体的固溶强化，最终导致硬度的显著下降。残余奥氏体的分解对硬度提高略有贡献，但它只能延缓碳化物析出造成的硬度下降，因此，随着回火温度的继续上升，硬度总的趋势呈逐渐下降趋势。由于合金碳化物（主要是Mo2C）的弥散分布，在回火过程中大量二次碳化物的析出也强化了基体，提高了韧性。
表3 Cr12MoV钢残余应力的统计结果（MPa）
从表3中的试验结果来看，实施例1-4中Cr12MoV圆钢试样回火后表面层均表现为压应力，因此圆钢试样比较安全，减少了开裂的危险。在回火时间相同时，490℃、510℃分别回火，不同位置残余应力相差不大，最大差值达到5MP。在回火温度相同时，残余应力随回火时间的延长而减小，510℃回火3小时应力降低的明显比0.5小时的多。
采用本发明的热处理工艺，处理后的组织保持了一定残余奥氏体和呈弥散分布的二次碳化物组织；与传统热处理工艺相比，采用本发明的热处理工艺使得Cr12MoV钢的强度、硬度、耐磨性和韧度有大幅度提高，其处理后的硬度HRC＞58HRC。同时，得到的产品在保证较高强度、硬度的同时，避免了高碳钢因高温加热直接淬火过程微观裂纹的产生，同时在一定程度上减少了热应力，使工件变形、开裂倾向减小，整体提高了Cr12MoV钢的综合使用性能，达到了预期目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种提高Cr12MoV钢综合性能的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
淬火阶段：将所述Cr12MoV钢加热到奥氏体化温度1025℃，并保温0.2~1h，出炉空冷至室温；回火阶段：将淬火后的Cr12MoV钢重新加热至490~510℃，保温时间为0.2-4h，出炉空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的提高Cr12MoV钢综合性能的热处理工艺，其特征在于，在淬火阶段，所述Cr12MoV钢的保温时间为0.5h。
3.根据权利要求1或2所述的一种提高Cr12MoV高碳高合金钢综合性能的热处理工艺，其特征在于：在回火阶段，Cr12MoV钢的保温时间为3h。
4.根据权利要求3所述的一种提高Cr12MoV高碳高合金钢综合性能的热处理工艺，其特征在于：在淬火阶段，所述空冷时间不少于4h。
5.根据权利要求4所述的提高Cr12MoV钢综合性能的热处理工艺，其特征在于，所述Cr12MoV钢的化学成分按重量百分比计如下：C：1.45～1.70，Si：≤0.40，Mn：≤0.40，S：≤0.030，P：≤0.030，Cr：11.00～12.50，Ni：≤0.25，Cu：≤0.30，V：0.15～0.30，Mo：0.40～0.60，其余为Fe。
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