热处理对cr12mov钢组织及性能的影响(附件)【字数：12276】
摘 要摘 要Cr12MoV钢用于制造繁重工作条件下的冷冲模具，其加工时型变量极其微小，目前被大量应用于汽车外壳模具、成型冲压模具等冷作模具。本文针对钢材组织中碳化物不均匀分布问题进行热处理，蔡司显微镜观察碳化物均匀度与分布情况，确定最佳热处理工艺，以期提高工件使用寿命，降低断裂倾向。研究结果表明退火处理后碳化物变细小，其分布情况随温度升高而改善，850℃时球化效果最佳，晶粒细小。随着淬火温度升高，碳化物不断溶解，观察到的碳化物组织减少，晶粒细小。温度达到1100℃时，碳化物细小且均匀分布。回火温度的升高促使残余奥氏体溶解，共晶碳化物晶粒变小，碳化物分布情况得到改善，回火保温时间不宜超过4.5h。确定850℃球化退火再经1100℃淬火、520℃回火处理的钢材，碳化物分布较为均匀，且获得较高的硬度。关键词Cr12MoV；碳化物；热处理；硬度
目 录
第一章 绪论 1
1.1 模具钢热处理工艺研究现状 1
1.1.1 国内研究现状 2
1.1.2 国外研究现状 3
1.2 模具钢的分类及应用 3
1.2.1 冷作模具钢 3
1.2.2 热作模具钢 4
1.2.3 塑料模具专用钢 5
1.3 本文的主要研究内容 5
第二章 实验材料与实验方法 7
2.1 实验材料 7
2.2 实验原理 7
2.3 实验方案与步骤 10
2.4 实验设备 11
第三章 实验结果及分析 14
3.1 Cr12MoV钢原始组织 14
3.2 Cr12MoV钢退火组织 14
3.2.1 不同退火温度对比 14
3.2.2 不同退火保温时间对比 15
3.3 Cr12MoV钢淬火组织 17
3.3.1 不同淬火温度对比 17
3.3.2 不同淬火保温时间对比 18
3.3.3 硬度分析 20
3.4 Cr12MoV钢回火组织 21
3.4.1 不同回火温度对比 21
3.4.2 不同回火保温时间对比 22
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
3.4.3 硬度分析 23
3.5 Cr12MoV钢各阶段最佳热处理金相组织形貌 24
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
第一章 绪论
1.1 模具钢热处理工艺研究现状
为使模具性能获得提升以达到目标的工作要求，常使用不同工艺热处理来改善其组织及性能。不同的热处理工艺的组合使用可改善模具的抗变形能力，改善模具韧性、耐磨性、强度等性能提高其力学性能。良好的力学性能使模具不易发生断裂，降低了工人操作加工零件时的安全风险。通过对模具钢的热处理，为实际生产提供可靠数据，促进模具行业兴盛。
冷作模具钢在室温环境下工作，要求钢材具有高耐磨性，高强度，处于复杂工作环境时不易发生开裂而使模具失效。因此提升韧性与耐磨性是冷做模具钢的研究发展方向。如何通过各种热处理工艺使冷作模具钢获得长期工作不失效的良好性能是促使该钢材发展的重点。邓有忠学者对9SiCr钢设置对比实验，研究真空热处理与普通电阻炉热处理对材料性能的影响，发现真空热处理脱氧效果明显，碳化物析出降低了碳含量，晶粒细小碳化物分布均匀，钢材形变量小[]。通过显微镜观察断口形貌组织，发现韧窝大而深，零件具有良好的韧性；“国外学者 Takahiro Akao 等使用电子束辐射技术将硬质合金与冷作模具钢 SKD11 基体结合，研究结合组织的强度、韧性，发现二者均获得提升，使结合所得钢材能承受长期负荷工作压力，使用寿命长”[]。
热作模具在高温环境下进行工作，工作一定时间进行冷却，冷热状态反复交替，复杂的工作环境要求模具在高温下强度高，不易屈服；模具形变量控制严格，加工精度高。何柏林等学者采用激光熔凝方法预处理3Cr2W8V热作模具钢，显著改善QPQ盐浴渗氮的效果，获得更深的渗氮层，钢件变得更加耐磨，不易产生划痕[]；杨青等学者针对H13钢中出现的成分偏析、带状组织问题进行研究，通过改善热处理淬火、回火工艺以及加入深冷处理工艺提高H13 钢显微结构和力学性能[]。
塑料模具加工形状复杂、对精度尺寸具有较高要求、表面需粗糙，冷、热作模具钢无法兼具这些要求，为此专门设计塑料模具钢满足实际生产。P20钢是国内使用最为广泛的塑料模具钢。李勇等学者研究高温淬火+高温回火处理对P20钢组织性能的影响，总结实验结果得出860℃×30min淬火+620℃×1h回火时得到性能较好的钢材组织[]；“陈卓等学者对P20B钢的硼含量和奥氏体化温度进行深入研究，发现0.0009%～0.0023%范围内的硼改善材料的淬透性，超过0.0040%的硼时，材料的淬透性下降；在820～920℃范围随温度升高，材料的淬透性随之显著提高”[]。
1.1.1 国内研究现状
钼元素能够使Cr12MoV钢中晶粒细化，在淬火时，钼加深了淬硬层深度；铬在改善淬透效果的同时，消除回火的不稳定性；钒使钢不易产生脆性断裂，形成VC提升硬度，从而令钢的耐磨性获得提升。钢在热处理冷却时，Cr与碳化物结合析出大量共晶碳化物，硬度降低，需进行特定热处理细化碳化物，改善其组织性能。“在大型刚材中，存在明显的网状或带状碳化物，且碳化物分布不均匀。网状或带状碳化物区是一个脆性区，其塑性、韧度差，不能承受大的冲击力，裂纹容易在这里萌生并扩展，往往成为裂纹产生的主要原因”[]。
工作时承载交变负荷，使得碳化物周围的位错、空洞等缺陷发生聚集，疲劳裂纹由此产生并存在断裂倾向。由富集区析出的碳化物会令Cr12MoV钢的熔点下降，加热温度低时影响不大，一旦加热温度过高会引发钢材过热，观察晶界判断钢材过热情况，合理选择热处理可解决过热问题。碳化物难溶于奥氏体，残余的奥氏体软化钢材，使得热处理后的硬度降低。交变负荷产生大的组织应力，热处理后的模具形变量较之前会增加。通过锻造与预先热处理令Cr12MoV中的共晶碳化物不再粗大，降低碳化物分布的不均匀性，为接下来的最终热处理提供良好的原始组织。此外，“添加微量锌元素进行变质处理，会加速共晶碳化物热处理粒化的动力学过程，促进共晶碳化物的粒化”[]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 模具钢热处理工艺研究现状 1
1.1.1 国内研究现状 2
1.1.2 国外研究现状 3
1.2 模具钢的分类及应用 3
1.2.1 冷作模具钢 3
1.2.2 热作模具钢 4
1.2.3 塑料模具专用钢 5
1.3 本文的主要研究内容 5
第二章 实验材料与实验方法 7
2.1 实验材料 7
2.2 实验原理 7
2.3 实验方案与步骤 10
2.4 实验设备 11
第三章 实验结果及分析 14
3.1 Cr12MoV钢原始组织 14
3.2 Cr12MoV钢退火组织 14
3.2.1 不同退火温度对比 14
3.2.2 不同退火保温时间对比 15
3.3 Cr12MoV钢淬火组织 17
3.3.1 不同淬火温度对比 17
3.3.2 不同淬火保温时间对比 18
3.3.3 硬度分析 20
3.4 Cr12MoV钢回火组织 21
3.4.1 不同回火温度对比 21
3.4.2 不同回火保温时间对比 22
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
3.4.3 硬度分析 23
3.5 Cr12MoV钢各阶段最佳热处理金相组织形貌 24
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
第一章 绪论
1.1 模具钢热处理工艺研究现状
为使模具性能获得提升以达到目标的工作要求，常使用不同工艺热处理来改善其组织及性能。不同的热处理工艺的组合使用可改善模具的抗变形能力，改善模具韧性、耐磨性、强度等性能提高其力学性能。良好的力学性能使模具不易发生断裂，降低了工人操作加工零件时的安全风险。通过对模具钢的热处理，为实际生产提供可靠数据，促进模具行业兴盛。
冷作模具钢在室温环境下工作，要求钢材具有高耐磨性，高强度，处于复杂工作环境时不易发生开裂而使模具失效。因此提升韧性与耐磨性是冷做模具钢的研究发展方向。如何通过各种热处理工艺使冷作模具钢获得长期工作不失效的良好性能是促使该钢材发展的重点。邓有忠学者对9SiCr钢设置对比实验，研究真空热处理与普通电阻炉热处理对材料性能的影响，发现真空热处理脱氧效果明显，碳化物析出降低了碳含量，晶粒细小碳化物分布均匀，钢材形变量小[]。通过显微镜观察断口形貌组织，发现韧窝大而深，零件具有良好的韧性；“国外学者 Takahiro Akao 等使用电子束辐射技术将硬质合金与冷作模具钢 SKD11 基体结合，研究结合组织的强度、韧性，发现二者均获得提升，使结合所得钢材能承受长期负荷工作压力，使用寿命长”[]。
热作模具在高温环境下进行工作，工作一定时间进行冷却，冷热状态反复交替，复杂的工作环境要求模具在高温下强度高，不易屈服；模具形变量控制严格，加工精度高。何柏林等学者采用激光熔凝方法预处理3Cr2W8V热作模具钢，显著改善QPQ盐浴渗氮的效果，获得更深的渗氮层，钢件变得更加耐磨，不易产生划痕[]；杨青等学者针对H13钢中出现的成分偏析、带状组织问题进行研究，通过改善热处理淬火、回火工艺以及加入深冷处理工艺提高H13 钢显微结构和力学性能[]。
塑料模具加工形状复杂、对精度尺寸具有较高要求、表面需粗糙，冷、热作模具钢无法兼具这些要求，为此专门设计塑料模具钢满足实际生产。P20钢是国内使用最为广泛的塑料模具钢。李勇等学者研究高温淬火+高温回火处理对P20钢组织性能的影响，总结实验结果得出860℃×30min淬火+620℃×1h回火时得到性能较好的钢材组织[]；“陈卓等学者对P20B钢的硼含量和奥氏体化温度进行深入研究，发现0.0009%～0.0023%范围内的硼改善材料的淬透性，超过0.0040%的硼时，材料的淬透性下降；在820～920℃范围随温度升高，材料的淬透性随之显著提高”[]。
1.1.1 国内研究现状
钼元素能够使Cr12MoV钢中晶粒细化，在淬火时，钼加深了淬硬层深度；铬在改善淬透效果的同时，消除回火的不稳定性；钒使钢不易产生脆性断裂，形成VC提升硬度，从而令钢的耐磨性获得提升。钢在热处理冷却时，Cr与碳化物结合析出大量共晶碳化物，硬度降低，需进行特定热处理细化碳化物，改善其组织性能。“在大型刚材中，存在明显的网状或带状碳化物，且碳化物分布不均匀。网状或带状碳化物区是一个脆性区，其塑性、韧度差，不能承受大的冲击力，裂纹容易在这里萌生并扩展，往往成为裂纹产生的主要原因”[]。
工作时承载交变负荷，使得碳化物周围的位错、空洞等缺陷发生聚集，疲劳裂纹由此产生并存在断裂倾向。由富集区析出的碳化物会令Cr12MoV钢的熔点下降，加热温度低时影响不大，一旦加热温度过高会引发钢材过热，观察晶界判断钢材过热情况，合理选择热处理可解决过热问题。碳化物难溶于奥氏体，残余的奥氏体软化钢材，使得热处理后的硬度降低。交变负荷产生大的组织应力，热处理后的模具形变量较之前会增加。通过锻造与预先热处理令Cr12MoV中的共晶碳化物不再粗大，降低碳化物分布的不均匀性，为接下来的最终热处理提供良好的原始组织。此外，“添加微量锌元素进行变质处理，会加速共晶碳化物热处理粒化的动力学过程，促进共晶碳化物的粒化”[]。
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