CN109457094A - 一种改善Cr12MoV钢表面性能的工艺 - Google Patents

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张雲飞
赵英利
韩彦光
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Abstract

本发明公开了一种改善Cr12MoV钢表面性能的工艺，其包括超声滚压、冷处理和热处理工序；所述冷处理工序：将Cr12MoV钢冷却至≤0℃，保温3～60小时，再升温至20～30℃；所述热处理工序：将Cr12MoV钢升温至180～220℃，保温1～2小时，出炉空冷。本工艺采用超声滚压大大降低了Cr12MoV钢表面的粗糙度，并提高其表面的综合性能指标；零度及以下的冷处理，使部分残余奥氏体转变成马氏体，Cr12MoV钢硬度得到进一步提高，同时从马氏体中析出了大量细小的二次碳化物，使基体中碳化物分布更均匀、更细小，Cr12MoV钢的韧性得到一定程度的提高；热处理可以在一定程度上消除因超声滚压而产生的内应力，进一步降低其开裂的风险，最大程度上保留超声滚压作用带来的Cr12MoV钢表面强度的提高。

Description

一种改善Cr12MoV钢表面性能的工艺
技术领域
本发明涉及一种金属材料的表面处理工艺，尤其是一种改善Cr12MoV钢表面性能的工艺。
背景技术
现代工业，模具先行，模具的形状决定着产品的外形，模具生产水平的高低，是衡量一个国家工业水平的重要标志，因为它在很大程度上决定着产品的质量、性能以及开发能力。Cr12MoV钢是一种冷作模具钢，其具有硬度高、淬透性好、耐磨性和抗压强度高的优点，而且具有良好的热加工性能和冲击韧性，常用来制造形状复杂、断面较大和承受较大冲击载荷的各种模具，如切边模、压印模、孔凹模及螺纹滚模等，目前已被广泛应用于汽车制造业、粉末冶金加工等行业。Cr12MoV钢模具在使用过程中，除了受到力与热的冲击力外，模具工作表面还与坯料间存在剧烈的摩擦作用，长期使用后会出现掉肉、磨损，表面质量变差，粗糙度升高，模具尺寸精度降低的情况从而失效，但是其内部组织并没有被破坏。因此有必要寻找一种表面强化工艺，来改善Cr12MoV钢表面性能，降低Cr12MoV钢表面粗糙度及摩擦系数，提高其表面硬度和耐磨性能，从而提高其使用寿命，节约成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种效果好的改善Cr12MoV钢表面性能的工艺。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其包括超声滚压、冷处理和热处理工序；
所述冷处理工序：将Cr12MoV钢冷却至≤0℃，保温3～60小时，再升温至20～30℃；
所述热处理工序：将Cr12MoV钢升温至180～220℃，保温1～2小时，出炉空冷。
本发明所述超声滚压工序：超声振动频率为20000～30000Hz，振幅为6～10μm，滚压头曲率半径为6～8mm，滚压头表面粗糙度为Ra 0.05～0.2μm，滚压头硬度为75～85HRC，并采用导轨油润滑和冷却。
本发明所述冷处理工序中，以50～100℃/h的降温速度进行冷却，以50～100℃/h的升温速度进行升温。
本发明所述热处理工序中，以80～100℃/h的升温速度进行升温。
本发明工艺原理为：将Cr12MoV钢进行超声滚压处理，超声滚压利用超声波冲击能量和静载滚压相结合的方式，对Cr12MoV钢表面进行处理；其通过加工工作头沿Cr12MoV钢表面法线方向施加一定幅度的超声频机械振动，在一定进给条件下，工作头将静压力和超声波冲击振动传递到旋转的机械零部件表面，产生冲挤作用而使Cr12MoV钢产生大幅度塑性变形，Cr12MoV钢内部产生大量的位错；同时超声滚压完成后，Cr12MoV钢表面产生一定的弹性恢复，所产生的塑性流动将Cr12MoV钢表面上的“谷”被“峰”填满或部分填满，从而大大降低了Cr12MoV钢表面的粗糙度，并提高其表面的综合性能指标。由于导轨油具有良好的润滑和冷却，Cr12MoV钢温升不高，不足以使其发生再结晶，因而使Cr12MoV钢表面硬度大幅度提高。
超声滚压完成后，进行的零度及以下的冷处理，使部分残余奥氏体转变成马氏体，Cr12MoV钢硬度得到进一步提高，同时从马氏体中析出了大量细小的二次碳化物，使基体中碳化物分布更均匀、更细小，Cr12MoV钢的韧性得到一定程度的提高。然后将其在180～220℃下保温1～2小时，可以在一定程度上消除因超声滚压而产生的内应力，进一步降低其开裂的风险，最大程度上保留超声滚压作用带来的Cr12MoV钢表面强度的提高。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过超声滚压、冷处理及热处理工序可以明显降低Cr12MoV钢表面粗糙度及摩擦系数，提高其表面硬度和耐磨性能，从而有效改善Cr12MoV钢的表面性能，提高其使用寿命，节约使用成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例3处理前后Cr12MoV钢表面形貌图；
图2是本发明实施例3处理前后Cr12MoV钢摩擦系数曲线；
图3是本发明实施例3处理前后Cr12MoV钢硬度曲线；
图4是本发明实施例3处理前后Cr12MoV钢表面金相组织图。
具体实施方式
实施例1－5：本改善Cr12MoV钢表面性能的工艺包括预处理、超声滚压、冷处理和热处理工序；各工序工艺如下所述：
（1）预处理工序：用180～1000目的无胶碳化硅砂纸清理各实施例中Cr12MoV钢的表面，去除表面污渍，然后用不少于99.7wt%的酒精冲洗，去除油污。各实施例中所用的砂纸目数见表1。
表1：预处理工序的砂纸目数
本工艺通过用无胶碳化硅砂纸打磨Cr12MoV钢试样表面，可以最大程度消除Cr12MoV钢试样表面的污渍，减小其在进行超声滚压时因表面污渍而产生表面缺陷的风险；在砂纸打磨后，用酒精进行清洗，可以进一步去除试样表面的油污以及砂纸打磨后表面残留的杂质；
（2）超声滚压工序：将Cr12MoV钢试样放在超声滚压设备的操作台上，固定好，进行超声滚压处理。在进行超声滚压处理时，所采用的超声振动频率为20000～30000Hz，振幅为6～10μm，滚压头曲率半径为6～8mm，滚压头表面粗糙度为Ra 0.05～0.2μm，滚压头硬度为75～85HRC，并采用导轨油润滑和冷却。各实施例中所采用的超声滚压及Cr12MoV钢试样的参数见表2。
表2：超声滚压及Cr12MoV钢试样参数
（3）冷处理工序：将超声滚压后的Cr12MoV钢试样以50～100℃/h的降温速度冷却至≤0℃保温3～60小时，然后以50～100℃/h的升温速度升温至20～30℃。各实施例中所采用的冷处理工序的具体参数见表3。
表3：冷处理工序的工艺参数
（4）热处理工序：将冷处理后的Cr12MoV钢试样以80～100℃/h的速率升温至180～220℃下保温1～2小时，出炉空冷至20～30℃。各实施例中后处理工序的具体参数见表4。
表4：热处理工序的工艺参数
（5）图1为实施例3处理前后Cr12MoV钢表面形貌图，从图1可以看出，采用本工艺处理可以有效降低Cr12MoV钢的表面粗糙度。图2为实施例3处理前后Cr12MoV钢摩擦系数曲线，从图2可以看出，采用本工艺处理可以有效降低Cr12MoV钢的摩擦系数。图3为实施例3处理前后Cr12MoV钢硬度曲线；从图3可以看出，在超声滚压处理后，Cr12MoV钢试样表面硬度有了明显提高，且随着距离试样表面深度的增加，硬度提高幅度逐渐降低，在距离试样表面一定深度后，达到与处理前相同的硬度值；而经过本工艺处理后，Cr12MoV钢试样的表面硬度在超声滚压基础上有了进一步提高。图4为实施例3处理前后Cr12MoV钢表面金相组织图，从图4可以看出，在超声滚压处理后，Cr12MoV钢表面生成了一层薄薄的应变层，这主要是因为Cr12MoV钢在超声波冲击能量和静载滚压的作用下，表面发生塑性变形，内部生成大量位错，大大提高了其表面强度；在-190℃下保温24小时冷处理后，Cr12MoV钢部分残余奥氏体转变成马氏体，Cr12MoV钢硬度得到进一步提高，同时从马氏体中析出了大量细小的二次碳化物，使基体中碳化物分布更均匀、更细小，Cr12MoV钢的韧性得到一定程度的提高。表5为各实施例所得Cr12MoV钢和未经处理的Cr12MoV钢进行摩擦磨损试验后的磨损量，从表5可以看出，采用本工艺处理可以有效降低Cr12MoV钢的磨损量，提高其耐磨性能。表6为各实施例处理前后Cr12MoV钢的表面粗糙度和表面硬度，从以上图（表）中可以看出，本工艺可以明显降低Cr12MoV钢表面粗糙度及摩擦系数，提高其表面硬度和耐磨性能，从而有效改善Cr12MoV钢的表面性能。
表5：各实施例和对比例的磨损量
表6：各实施例处理前后试样的表面粗糙度及表面硬度

Claims (4)

1.一种改善Cr12MoV钢表面性能的工艺，其特征在于：其包括超声滚压、冷处理和热处理工序；
所述冷处理工序：将Cr12MoV钢冷却至≤0℃，保温3～60小时，再升温至20～30℃；
所述热处理工序：将Cr12MoV钢升温至180～220℃，保温1～2小时，出炉空冷。
2.根据权利要求1所述的一种改善Cr12MoV钢表面性能的工艺，其特征在于，所述超声滚压工序：超声振动频率为20000～30000Hz，振幅为6～10μm，滚压头曲率半径为6～8mm，滚压头表面粗糙度为Ra 0.05～0.2μm，滚压头硬度为75～85HRC，并采用导轨油润滑和冷却。
3.根据权利要求1所述的一种改善Cr12MoV钢表面性能的工艺，其特征在于：所述冷处理工序中，以50～100℃/h的降温速度进行冷却，以50～100℃/h的升温速度进行升温。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种改善Cr12MoV钢表面性能的工艺，其特征在于：所述热处理工序中，以80～100℃/h的升温速度进行升温。
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