冷作模具钢Cr12在不同热处理工艺下的微观组织与力学性能的研究

为探究不同热处理工艺下,冷作模具钢Cr12的微观组织与力学性能的变化,以钢光板Cr12为原材料,通过箱式电阻炉进行高温退火(860℃),淬火(1020,950℃)和回火(210,520℃),制得不同热处理样品后,采用X射线衍射仪、洛氏硬度和金相显微镜等进行材料学分析检测。结果表明,最优的热处理方案为950℃淬火+520℃回火,此时金相显微组织是回火索氏体和碳化物,晶粒细小且分布均匀,其硬度和冲击韧性分别为48.4 HRC和25.1 J。

热处理工艺对Cr12钢组织和性能的影响

针对常用的冷作模具钢Cr12钢共晶碳化物不均匀度较大、组织偏析严重、易导致淬火异常变化及脆化倾向等问题,设计不同的热处理工艺规范,采用适合的退火、淬火、回火工艺调控Cr12钢组织和性能,试验结果表明,热处理后的Cr12钢的组织硬度和性能都得到大幅度提高。

THE IMPROVEMENT IN FRICTION AND WEAR RESISTANCE FORTa and Ta+C IMPLANTED Cr12 STEEL

Ta and C ions extracted from a MEVVA ion source were implanted into Cr12 steel, with an implantation dose of (1-5)ｘ1017cm-2, extraction acceleration 42kV, and average ion beam flux about 20-50μA·cm-2. Rutherford backscattering spectrum (RBS) was used to measure the surface composition after Ta and Ta+C implantation. Analysis of phase formed by Ta and C implantation was carried out by X-ray diffraction analysis (XRD). Experiment results showed that the wear rate of the implanted layer dropped 40% for Ta ion implantation and by a factor of 2.7 for Ta+C dual ion implantation. Ta+C dual ion implantation was found to reduce the friction coefficient of Cr12 steel. The wear mechanisms of the implanted layer were discussed.

Cr12钢的预处理工艺研究

本文研究了Cr12钢经4种不同的预处理工艺处理后钢中碳化物的大小、数量、分布及钢的硬度、强度和韧性。试验结果表明，经调质处理、高温固港淬火＋高温回火及高温固港淬火＋等温退火处理后，Cr12钢中碳化物的大小、分布及其组织、性能均优于常规球化退火预处理的。通过扫描电镜对冲击断口的分析，初步探讨了新的预处理工艺提高韧性的原因。

铸造Cr12模具钢共晶碳化物的粒化

铸造Ｃｒ１２模具钢中共晶碳化物呈网状分布，经多元复合变质剂变质处理，共晶组织发生细化，离异共晶数量增多；经热处理后，碳化物变成粒状且均匀分布于基体中，冲击韧性得到明显提高，为铸造Ｃｒ１２模具钢的应用提供了保证。

Cr12钢TD盐浴渗钒组织与性能研究

研究了Cr12钢制模具表面TD盐浴渗钒处理后的碳化物层的组织与性能。结果表明:Cr12钢经960℃×4.5hTD盐浴渗钒后,形成了主要由含V和C的化合物组成的、厚约19.5μm的表面渗钒层,并且渗层厚度均匀,致密性和连续性均较好。TD盐浴渗钒经油淬和220℃×1.5h回火后的渗层的表面硬度高达2197HV,表面摩擦系数明显降低,极大地提高了材料的耐磨性。此外,高温氧化试验表明,渗钒层在400℃以下具有较强的抗氧化性能,有利于中低温下工作的工模具使用。

Cr12冷作模具钢下贝氏体/马氏体复相热处理工艺的研究

研究了下贝氏体／马氏体复相热处理工艺对Cr12钢显微组织与性能的影响。Cr12钢于1030℃加热奥氏体化，在280℃等温1～4h，获得不同百分比的下贝氏体／马氏体组织，测定相应的耐磨性及冲击韧性，并与常规热处理的Cr12钢进行了比较。结果表明，7％～10％贝氏体／马氏体复相显微组织能赋予Cr12钢以良好的韧性与耐磨性配合。本文对这种复相组织进行了分析及讨论。自行车把节头的凸袋模系Cr12钢制的冷镦模，采用贝氏体／马氏体复相热处理工艺代替常规的分级淬火，其使用寿命可提高3～4倍，现已应用于生产。

国内外Cr12型模具钢组织和性能对比

通过成分分析、冶金质量评定、显微组织观测、能谱分析及硬度、冲击、拉伸实验,对4种Cr12钢的组织与性能进行研究,包括DAIDO DC11、ASSAB XW41及两种国产Cr12钢。结果表明,与DC11、XW41相比,国产Cr12型模具钢力学性能较差,主要原因在于共晶碳化物不均匀度级别较高,形态较差;非金属夹杂含量较高。其次,碳含量偏高,碳化物形成元素偏低。

Cr12钢真空热处理工艺研究

针对Cr12钢性能特点,从真空淬火温度、冷室真空度、淬火油温、回火温度等方面研究不同的热处理工艺对Cr12钢组织和性能的影响,并且对普通热处理和真空热处理条件下钢的变形量进行对比。结果表明,经1000℃真空加热、50kPa气压下油淬,Cr12钢具有良好的综合性能、变形小、无氧化、脱碳。

Cr12钢马氏体－贝氏体复合组织的力学性能

研究了Ｃｒ１２钢经９８０℃奥氏体化后，于２８０℃硝盐中等温不同时间获得不同比例的马氏体－贝氏体复合组织与力学性能的关系，并与常规淬火、回火后的力学性能进行了比较．结果表明：具有马氏体－贝氏体复合组织的Ｃｒｌ２钢与常规淬火、回火的回火马氏体组织相比，除硬度有所降低外，抗弯强度、挠度、冲击韧性及耐磨性均有较大幅度的提高．经９８０℃加热、２８０℃等温５ｈ、１８０℃回火后，Ｃｒ１２钢具有最佳的综合力学性能．

辉光放电光谱仪逐层分析Cr12钢表面渗硼层

采用两种不同的工艺在Cr12钢表面制备渗硼层,利用辉光放电光谱仪对两种工艺形成的Cr12表面渗硼层进行逐层分析。结果表明:1#试样(1000℃处理10h)渗硼层在距表面0～20μm内均由质量分数为8.8%的硼组成,随后硼的含量逐渐降低;2#试样(900℃处理10h)渗硼层的硼含量在表面较低,随后逐渐升高到质量分数为5%左右,接着又缓慢降低。由此推测1#试样的表面可能存在Fe2B;2#试样的表面可能由硼在铁中的α固溶体组成。为了验证辉光放电光谱仪逐层分析渗硼层的可靠性,利用XRD分析了渗硼层的相结构,结果表明:两者的测试结果相吻合。

Cr12钢电火花沉积超细涂层的摩擦磨损性能

采用电火花沉积技术,在Cr12模具钢表面沉积了WC-12Co超细硬质合金涂层;并考察了涂层的显微组织及摩擦磨损性能。结果表明:沉积层组织均匀,与基体呈冶金结合,超细的硬质相弥散分布于沉积层中,其中部分区域硬质相达到了纳米颗粒尺寸。沉积层的平均显微硬度为1474.8HV0.1,约是基体硬度的3倍,沉积层的耐磨性能是基体的3.3倍。沉积层的磨损机制主要是磨粒磨损和疲劳磨损。弥散分布的细小硬质相是沉积层硬度及耐磨性能提高的主要因素。

Cr12钢激光相变硬化机理

Cr12钢最佳激光相变硬化处理效果主要由下列因素造成:(1)马氏体含量大大增加(而残余奥氏体大大减少),(2)马氏体明显细化,(3)马氏体本身硬度摘高,(4)碳化物的弥散分布及(5)马氏体中极高的位错密度。TEM 观察证实马氏体与残余奥氏体之间符合K-S 关系。

Cr12模具钢变质处理研究

铸造Cr12模具钢中共晶碳化物呈网状分布于晶界上,且枝晶粗大,经Al-Zn变质处理,共晶组织明显细化,离异共晶数量增多;经热处理后,Cr12模具钢共晶碳化物由网状变为粒状和块状且均匀分布于基体中,同时,硬度有所降低,冲击韧性得到明显提高。

焊接温度对Cr12钢与YG8硬质合金焊接接头组织及性能的影响

研究了Cr12钢与YG8硬质合金在真空钎焊中,不同的焊接温度对接头组织及性能的影响。通过试验得出焊接Cr12钢与YG8硬质合金的最佳温度。

Cr12钢稀土盐浴渗铬试验研究

在选定供铬剂、还原剂的条件下,对影响盐浴渗铬效果的基盐配比、稀土和活化剂加入量进行配方正交试验,通过对Cr12钢试样盐浴渗铬工艺及渗层厚度的分析比较,筛选出900℃×4 h盐浴渗铬时的最优配方;采用光学金相观察、显微硬度测试、砂浆磨损试验等方法,分析比较了Cr12钢样品加稀土前后渗层厚度、硬度分布及相对耐磨性等性能。研究表明,添加稀土对盐浴渗铬有明显催渗作用,渗铬样品在渗层厚度、硬度梯度分布及耐磨性方面均优于未加稀土的渗铬样品和Cr12钢900℃加热油冷样品;添加适量NaCl和NaF以改造硼砂基盐配方,对改善熔盐流动性、降低挥发等方面产生了良好效果。

Cr12钢马氏体-贝氏体复相处理强韧化及应用

研究了Ｃｒ１２钢贝氏体含量与马氏体－贝氏体复相组织力学性能关系和工艺参数对强韧性的影响。结果表明，经低温回火，马氏体－贝氏体复相组织中含１５％～２５％下贝氏体时，钢的强韧性及模具使用寿命显著提高。

热处理工艺及磨损条件对Cr12钢磨损性能的影响

利用MMS-2B型磨损试验机在不同的摩擦条件下,对不同热处理后的Cr12钢进行摩擦磨损试验,研究磨损条件及热处理工艺对磨损性能的影响,确定磨损条件下的最佳工艺方法。结果表明:Cr12钢在820℃预热1 050℃油淬+520℃二次和三次回火时耐磨性都很好,三次回火比两次回火更好一些,但提高的幅度较小;随着转速和载荷的增大,磨损性能有所下降。

Cr12型模具钢的锻造缺陷研究

研究了Cr12型模具钢锻造过程的主要问题,结果表明:锻裂是Cr12型钢锻造过程中出现的主要缺陷,并提出了相应的的改进措施。

Cr12钢冷冲模具加工过程中开裂原因分析

Cr12钢冷冲模具在电火花线切割过程中发生开裂,采用光学显微镜、扫描电镜、化学成分分析和硬度测试等方法,对模具开裂的原因进行了分析。结果表明:该Cr12模具开裂为脆性开裂,其主要原因是铬含量超标,同时锻造不充分,使得材料中的共晶碳化物多而粗大且呈严重网状聚集分布,成为应力集中源,在线切割加工过程中的加工应力和材料自身内应力的共同作用下萌生裂纹并扩展开裂。