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图1Cr12MoV圆钢图2Cr12MoV模具钢

1.关于Cr12MoV

1.1Cr12MoV的材料性能

Cr12MoV钢淬透性、淬火回火后的硬度、强度、韧性比CR12高，直径为300~400mm以下的工件可完全淬透，淬火变形小，但高温塑性较差。

1.2Cr12MoV的用途

Cr12MoV多用于制造截面较大、形状复杂、工作负荷较重的合种模具和工具。

如冲孔凹模、切边模、滚边模、钢板等。

2.如何优化Cr12MoV耐磨性

2.1改进预备热处理

Cr12MoV属于高碳高铬莱氏体钢。

碳化物含量高，且常呈带状或网状不均匀分布，其形状、大小及分布对钢的性能影响很大，尤其大块状尖角碳化物对钢基体的割裂作用较大，往往成为疲劳断裂的策源地.经过改锻，碳化物被击碎，偏析状况得到有效改善，但其形态还不理想，且锻后硬度也偏高。

因此Cr12MoV钢锻后常采用球化退火作为预备热处理，以获得均匀、细小的球形碳化物，降低硬度，改善切削加工性能，同时为后续淬火做好组织准备。

当常规球化退火工艺效果不理想时，可采用锻后调质处理，即锻后稍作停留，让奥氏体回复和开始再结晶，然后立即淬火，700～750℃回火[3]。

或在精加工前增加一道调质工序[4]。

也可利用锻后余热直接进行球化退火或循环球化退火[5]。

Cr12MoV钢一般淬火温度为1000～1040℃，而调质的淬火温度可达1120℃，高的温度一方面促进了较小碳化物的完全溶解，另一方面也促进了大块碳化物尖角的局部溶解；

而且，溶入基体的碳化物在随后高温回火过程中再度均匀弥散析出，使碳化物的形态、大小及分布得到改善，有利于提高模具的强韧性。

例如，Cr12MoV钢增加一道调质（1100℃加热淬火+700℃回火）后进行1000℃淬火及200～220℃回火处理，不仅使碳化物的粒度、形状、分布及球化程度较常规工艺处理有显著改善，而且性能上Rbb提高20%，Ak值提高15%。

用此工艺处理的Cr12MoV钢落料模，凸凹模刃口件总寿命达150万次，寿命提高5倍。

失效后取样金相检查，碳化物不均匀度为1级[6]。

轧丝机上用于轧制梯形丝杠的Cr12MoV钢轧丝模，采用常规1020℃淬火、250℃回火，模具寿命只有几百件，都是脆性断裂失效。

在精加工前增加一道调质工序（850℃预热、1120℃加热淬油、760℃高温回火），然后在1020℃加热230℃分级淬火、400℃回火2次，硬度为57～58HRC，模具寿命达2000多件，达到了进口模具水平[7]。

2.2改进淬火及回火

Cr12MoV钢最终硬化处理分为“一次硬化处理”和“二次硬化处理”。

一次硬化处理是指低温淬火（～1000℃）与低温回火（～200℃）；

二次硬化处理是指高温淬火（～1100℃）与高温回火（～500℃）。

研究与实践表明，Cr12MoV钢经一次硬化处理后，硬度高（60～62HRC）、耐磨、晶粒细小、韧性好、淬火变形小，且残留奥氏体（AR）量适度，是较佳的常规强韧化处理工艺。

Cr12MoV钢经过改锻及预处理，碳化物的粒度、形状、分布得到改善，但还是有个别碳化物尺寸较大且有棱角，降低了钢的断裂韧性。

如果一次硬化处理时，在特定温度如800℃左右充分预热，使不均匀分布的碳化物特别是大块尖角形碳化物不断分解、扩散，有利于形成大量高度弥散分布的形核中心，使随后淬火时有利于形成高度弥散分布的细粒碳化物，能有效提高钢的强韧性和模具使用寿命。

如Cr12MoV钢经特定温度预热，1000℃淬火、200℃回火，组织为细针状回火马氏体+均匀弥散分布的碳化物+少量小块状碳化物及少量AR，使其拉丝模的寿命提高近1倍。

Cr12MoV钢经800～850℃预热，1020～1050℃加热淬火，2次160～180℃低温回火，使用效果较好[9]。

如果Cr12MoV钢未改锻，采用固溶双细化处理[3]，即500℃及800℃左右二级预热，1100～1150℃固溶处理，淬入热油或等温淬火，750℃高温回火，机加工后960℃加热油冷后进行最终热处理，也可使碳化物细化、棱角圆整化，晶粒细化.Cr12MoV钢强韧性不足，还与淬火温度较高，奥氏体晶粒较大，使随后淬火后的马氏体粗大有关.如果Cr12MoV钢通过低温加热，等温淬火，先形成适量的的B下组织，割裂了原奥氏体晶粒，使随后形成的针状M细化；

且B下易在未溶碳化物与基体的界面处形成，本身韧性也较好，可通过自身塑性变形而缓解应力集中，有助于降低裂纹萌生及扩展，脆断几率减小，使强韧性增加.例如Cr12MoV钢经520℃×

12h预渗氮、1000℃×

10min扩氮、260℃×

4h等温淬火，并于230℃×

2h回火的复合强韧化处理，得到适量的B下与M的复相组织，扩氮层显微硬度达900～1000HV，心表硬度过渡均匀，可使模具寿命提高一个数量级。

文献[11]针对Cr12钢也提出了在850℃预热、1030℃加热、280℃等温淬火、200℃回火的复相强韧化处理工艺.等温时得到7%～10%的B下与M的复相组织，具有最佳的耐磨性与冲击韧度的搭配，使Cr12钢自行车把节头冷镦模寿命提高3～4倍，对Cr12MoV钢同样有借鉴意义。

2.3增加深冷处理

Cr12MoV钢经常规1020～1040℃淬火，AR量较多，约30%左右，硬度、耐磨性不足，且易出现磨削裂纹，使模具提早破坏.深冷处理过程中，由于AR转变成M，以及超细碳化物析出，使钢的硬度、冲击韧度及耐磨性都得以提，从而显著提高其力学性能和模具寿命，属于简单易行的强韧化热处理工艺。

例如:

（1）Cr12MoV钢经1030℃加热淬火，180℃回火，-196℃深冷处理，再200℃回火，其AK值比常规热处理提高21%，使扇形冲压模具的寿命提高1.5～2倍。

（2）Cr12MoV钢经1030℃淬火，100℃回火，-160℃深冷处理2h，500℃回火两次，与常规处理相比，其冲击韧度变化不大，硬度提高1～2HRC，Rbb提高约5%，耐磨性大幅度提高，可使M12螺母冷镦模寿命提高2倍。

（3）Cr12MoV钢1060℃淬火并深冷处理后，400℃回火硬度仍可保持60HRC；

而常规淬火后，要保持60HRC的硬度，回火温度不能超过200℃。

采用1060℃淬火，-196℃深冷处理和400℃回火的M16螺母六方冷镦冲模的使用寿命比常规工艺处理的模具提高8～9倍。

（4）Cr12MoV钢经1000℃加热，300℃分级淬火，180℃回火2次，放入液氮中深冷处理，取出放入60～70℃热水中急热解冻，再在150～200℃回火。

经此工艺处理的缝纫机校架冷挤压凹模寿命为未经深冷处理的1.6倍。

（5）Cr12MoV钢硅钢片冷冲凹模，经1030℃淬火、180℃回火后，AR量较多，硬度不够（仅为57.5HRC），耐磨性不足，且易出现磨削裂纹.经1100℃淬火、液氮深冷处理、520℃回火，能明显降低AR量，平均硬度为67.4HRC，耐磨性增加，凹模寿命由原来的9.2万次提高到84.3万次，全部为磨损正常失效[18]。

深冷处理不仅提高了钢的强韧性、耐磨性、模具寿命，而且能稳定模具尺寸，改善加工精度及表面质量，挽救一些尺寸超负公差的零件。

例如：

Cr12MoV钢淬火后冷到-196℃，然后升温至室温后马上343℃×

1h回火，油冷硬度63HRC，收缩率为0.0012%；

Cr12MoV钢淬火后冷到-196℃，升至室温后于510℃×

1h回火，油冷，再重复两次-196℃、510℃×

1h回火，再经232℃×

1h回火后空冷，硬度59.5HRC，收缩率为0.0002%[19]。

Cr12MoV钢经1040℃真空加热淬火，200℃回火后，冲模外径普遍减小60～80Lm，已无抛光余量（真空处理前仅留0.02mm加工余量），经-196℃×

4min深冷处理，外径普遍增大100Lm；

再经230℃回火，外径又减小10～20Lm，满足了加工要求。

冲模经1000℃真空加热淬火，200℃回火后外径变化不大[12]。

2.4表面强化处理

模具的表面处理方法很多，新的处理技术也不断涌现，但对Cr12MoV钢模具而言，应用较多的主要有渗氮及其多元复合渗、硬化膜沉积技术等。

（1）渗氮及多元复合渗　

Cr12MoV钢1110℃淬火、540℃回火2次，经520～540℃渗氮2～6h后，表面硬度1042HV0.1，心部硬度62.5HRC；

980℃淬火、180℃回火，渗氮2～6h后表面硬度1120HV0.1，心部硬53HRC.耐磨性提高45%～67%[20]。

将Cr12MoV钢的渗氮工艺和淬火、回火结合起来的复合强韧化处理[10]得到细小弥散的B下与M的复相组织，以及少量的AR，心表力学性能过渡均匀，渗层深度达300Lm，使模具寿命大幅度提高.在渗氮的同时渗入硫（S）和氧（O），模具表面不仅具有高的硬度、耐磨、减摩及抗胶合能力，而且能加速N的渗入，提高经济效益。

Cr12MoV钢经1020℃淬火、560℃回火，然后在550℃进行2h的离子O、S、N共渗，渗层厚度为0.16～0.18mm，表面硬度为1000～1200HV。

Cr12MoV钢牙膏管冷挤冲头采用此工艺处理后，平均寿命3.5万件，提高3.5倍。

对Cr12MoV钢先进行等离子渗氮，然后再采用等离子S、N、C共渗工艺，在其表面形成具有一定硬度梯度的硫化物层+渗氮层的复合表面层，能显著提高其耐磨性及抗咬合性能，摩擦系数降低2/3[22]。

在渗氮或复合渗表面处理中，加入适量的稀土元素，不仅能提高渗速，而且能优化表面渗层的组织结构，改善表面的物理化学性能，强化表面，是延长模具寿命的新途径。

（2）硬化膜沉积技术　

硬化膜沉积技术目前应用较成熟的有CVD、PVD、电火花涂敷等。

CVD、PVD由于设备原因成本较高，只在一些精密、长寿命模具上应用。

电火花表面涂敷由于方法简单，效果好，因而实际生产中应用较为广泛。

Cr12MoV钢制落料及拉伸复合凹凸模经980℃淬火，400℃回火，硬度为48HRC，通过对模具刃口用WC电极进行电火花强化，涂层硬度达1100HV以上，模具平均寿命10050件，比常规一次硬化处理提高9倍[23]。

3．改善方法研究现状

3.1预备热处理

邓莉萍、罗军明等人对Cr12MoV失效模具进行组织、性能分析，并对其重新进行热处理，研究预备热处理工艺对模具组织、性能的影响。

结果表明：

采用调质处理代替球化退火作为Cr12MoV钢的预备热处理，更有利于碳化物形态的改变，对提高模具强韧性有比较明显的效果；

调质处理后，材料的冲击韧度、抗弯强度分别达到8.556J•cm-2和2183.5MPa，相对于球化退火试样，分别提高了13.7%和66.2%。

刘骏曦等人分别采用球化退火和调质处理作为Cr12MoV钢的预备热处理，而后对钢进行相同的真空热处理，并对其显微组织、硬度、冲击韧度、抗弯强度和耐磨性进行观察与测定。

由于调质处理使得组织中碳化物的形态、大小及分布得到改善，采用调质处理为预备热处理的试样经最终热处理后，其硬度、冲击韧度、抗弯强度和耐磨性均高于采用球化退火为预备热处理的试样；

其冲击韧度、抗弯强度分别达到8.652J·

cm-2和2201.4MPa，相对于球化退火试样，分别提高了13.5%和39.3%。

罗军明等人采用固溶双细化处理对Cr12MoV钢进行预备热处理，而后分别进行真空热处理和普通热处理，对其硬度、冲击韧度、抗弯强度、耐磨性进行测定，并观察其显微组织和断口形貌。

由于组织中碳化物以粒状均匀地分布于基体中，Cr12MoV钢经真空热处理后，材料的冲击韧度、抗弯强度、耐磨性均高于普通热处理。

其冲击韧度、抗弯强度分别达到8.347J·

cm-2和1732.6MPa，相对于普通热处理，分别提高57.6%和16.9%。

3.2淬火及回火

高殿奎等人对Cr12MoV钢制硅钢片冷冲凹模，经1030e淬火+180e回火后残留奥氏体含量较多，硬度不够，耐磨性不足。

由于残留奥氏体的影响，凹模在磨削中易出现裂纹。

磨削裂纹成为疲劳裂纹的策源地，严重降低了凹模的使用寿命.经试验，采用1100e淬火+液氮深冷处理+520e回火，能明显降低残留奥氏体含量，使凹模硬度上升，耐磨性增加。

由于残留奥氏体已基本消除，不但减少了中间磨刃的次数，而且磨刃时也避免了磨削裂纹的产生，避免了凹模的疲劳断裂，提高了硅钢片冷冲凹模的寿命。

格晓辉等人通过调整Cr12MoV钢洋火温度、冷处理和回火温度等3项工艺参数的合理配合，探讨了Cr12MoV钢螺帽冷橄模的泽韧化处理工艺。

结果表明改进工艺后，模具寿命可提高9倍以上。

丁阳喜等人通过对经常规处理后的Cr12MoV钢用CO2激光器进行宽带激光表面淬火，并对淬火后的试样进行不同温度的回火处理。

结果表明，激光淬火组织的回火稳定性明显提高，并且"

二次硬化"

现象显著.借助扫描电镜观察，分析了回火稳定性提高的原因。

3.1激光淬火后表面到基体的形貌（左）激光淬火后相变区马氏体组织（右）

Cr12MoV钢常规热处理后，再采用输出功率2.6kW，扫描速度6mm/s，离焦量65mm的激光淬火580℃×

1h回火，激光扫描带表面可获得较高的硬度。

“二次硬化”峰值硬度可达1083HV0.1。

3.3深冷处理

刘勇等人对经不同深冷处理后的Cr12MoV钢进行了力学性能检测和摩擦磨损试验。

试验结果表明，深冷处理可以明显提高Cr12MoV钢的硬度，最高增量达到228HV0.2.深冷处理可减少Cr12MoV钢的残留奥氏体并提高其耐磨性，经深冷处理3×

1h+180℃×

1.5h回火处理后，耐磨性提高最为显著，其磨损失重率下降37.1%；

而残留奥氏体量则由未冷处理的34.36%降至2.58%，降幅达92.5%。

余立林等人测试了Cr12MoV钢经深冷处理后的硬度、冲击韧性、执压屈服强度、冲击磨损扰力和疲劳裂纹扩展速率。

采用透射电镜研究了深冷处理对显微组织的影响.试验证实，深冷处理可使淬火马氏体析出高度弥散的超微细碳化物，随后进200℃低温回火后，这些超微细碳化物可转变为ξ碳化物。

未经深冷处理的马氏体，在低温回火后，仅在某些局部区域析出有少数的ξ碳化物。

赵国华等人对经不同工艺深冷处理后的Cr12MoV钢进行了显微组织观察和力学性能检测.试验结果表明，深冷处理可以不同程度地提高Cr12MoV钢的硬度；

淬火后进行深冷处理+180e@8h回火后没有改善Cr12MoV钢的冲击韧度；

深冷处理可明显提高Cr12MoV钢的耐磨性，其中深冷处理6h的耐磨性提高最为显著，其磨损失重下降了51.2%。

图3.2为Cr12MoV钢经不同工艺深冷处理后磨损表面的形貌。

这表明，在本文条件下深冷处理6h的试样具有更好的耐磨性，其犁削沟较长且连续，沟的边缘比较平滑，有比较窄小的脊隆。

图3.2深冷处理不同时间后经180e@1.5h回火的Cr12MoV钢的表面磨损形貌

3.4表面强化处理

唐丽文、杨明波等人对Cr12MoV钢制模具表面TD盐浴渗钒处理后的硬化层进行了研究，结果表明：

Cr12MoV钢经980℃保温5h后油淬和180℃×

2h回火的TD盐浴渗钒处理后，可以形成由含V和C的化合物组成的厚约为11.4纳米的表面渗层，且渗层厚度均匀致密并与基体呈冶金结合。

同时，渗层的表面硬度高达2786Hv，使得材料的耐磨性能得到极大的提高。

周泽杰等人探讨了Cr12MoV冷作模具钢的中性盐浴渗钒处理工艺，运用扫描电子显微镜、显微硬度计、摩擦磨损试验机等试验分析方法，观察、测定了渗层的组织、厚度、硬度分布、相对耐磨性等特性.结果表明，该渗层组织均匀，结构致密，具有很高的显微硬度和较高的耐磨性。

王君丽、施雯等人采用非平衡磁控溅射方法在Cr12MoV钢表面制备了厚度约为3Lm的Ti/TiN涂层，测定了涂层的显微硬度，并通过划痕试验和摩擦磨损试验考察了涂层同基体的结合强度及其摩擦磨损性能。

Ti/TiN涂层能够显著提高Cr12MoV钢的表面硬度和承载能力；

涂层同Cr12MoV钢基体的结合强度较高，划痕临界载荷高于60N；

与此同时，磁控溅射Ti/TiN涂层可以显著改善Cr12MoV钢的耐磨性能。

这是由于磁控溅Ti/TiN涂层硬度高且与Cr12MoV钢基体的结合强度较高所致。

图3.2PVD-Ti/TiN涂层试样磨损表面形貌光学和电子显微照片（箭头所示为滑动方向）

图3.2示出了PVD-Ti/TiN涂层试样磨损表面形貌光学和电子显微照片（冲击式磨损（17次/分钟），转速200r/min，载荷150N，试验时间6h，油润滑）。

图3.3磨损体积损失与磨损时间的关系曲线

可见，磁控溅射Ti/TiN涂层试样的耐磨性能显著优于Cr12MoV钢基体，其磨损速率（0.0001mm3/h）仅为Cr12MoV钢基体试样（0.0038mm3/h）的1/40。

所以，PVD-Ti/TiN涂层与Cr12MoV基体之间具有高的界面结合强度，能显著提高Cr12MoV钢的表面硬度（3300HV）及承载能力，对Cr12MoV钢基体具有显著的强化作用。

为了让Cr12MoV钢耐磨性改善，我们采用形变热处理，淬火和回火，深冷处理，表面强化等都让的耐磨性获得了很大改善。

但由于Cr12MoV钢的应用广泛，因此，对之耐磨性改良研究任重道远。

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