Cr12钢模具的热处理工艺

Cr12钢模具的热处理工艺
【摘要】Cr12钢作为冷冲压模具中的一种材料，硬度和耐磨性都较好，但是它的冲击韧性比较低，容易裂开，这就不适合生产应用。

加工生产成本的高低直接与模具的使用寿命密切相关，而模具寿命的长短则受到热处理工艺的影响。

而将Cr12钢经过真空热处理后，它的残余应力会缩小，同时韧性和硬度都提高。

在后续的加工过程中，也会减小其变形量，提高了力学性能。

本文以Cr12钢为例介绍冷冲压模具的淬火、回火等多种热处理工艺及其对材料性能改善、使用寿命延长等所起的作用。

【关键词】Cr12钢；冷冲压模具；淬火
1.引言
Cr12模具钢是一种常见的合金工具钢，它的生产标准按照国标GB/T 1299-2000进行。

Cr12钢的淬透性好，而且变形量较小，正是由于这些优点，所以在目前的冷作模具生产中Cr12钢被当作广泛使用的材料。

但是也有的工厂在使用Cr12钢的过程中会发生失效现象，比如出现脆断、崩刃等现象，而这时将其进行热处理加工后，发现性能得到极大改善，也减少了这些不良状况的发生。

过去很多冷冲压模具制造成本高，性能较差，而且寿命较短，这些因素都最终影响了最终的产品质量。

这是由于Cr12模具钢中含有较多的残余碳化物，导致有些截面不平整、不均匀，再加上普通的淬火、回火等热处理过程不能很好的保证材料的韧性，所以最终导致了上述的脆断、崩刃等现象。

在有的文献中采用过去盐浴炉加热或箱式炉加热进行热处理效果欠佳，如果使用真空热处理保持无氧化、无脱碳等氛围，可以极大地改善力学性能、冲击强度和抗弯韧性。

本文从淬火、回火等热处理的角度出发，研究其对Cr12模具钢韧性和寿命的改善。

2.Cr12冷冲压模具钢的介绍
2.1 冷冲压模具的分类
过去，很多模具在生产过程中使用电火花加工工艺，或者在成型过程中使用的打磨、切削等工艺，有时不能保证材料的表面硬度、耐磨性等。

所以要选用淬透性高的模具钢材料，才能提高表面硬度和耐磨性，从而延长材料的使用寿命。

常见的冷冲压模具使用的钢材主要有两类：一类是碳素工具钢和低合金钢，例如T10A、9CrSi等。

另一类是高合金钢，例如Cr12、Cr12MoV等。

其中以T10A 和Cr12两种钢的使用最为广泛。

碳素工具钢模具一般采用碱浴分级淬火工艺，可以很好地提高表面的硬度，能达到HRC58～62，并且变形量小，变形过程容易控制。

但是缺点就是淬透的表面深度只有约1～2mm，比较浅，不能达到电火花加工对于刀刃高硬度的要求。

由此降低了模具的耐磨性，使用寿命也由此缩短。

而对于Cr12钢，虽然其硬度和耐磨性较高，而且热处理过程不易变形等，但是由于钢本身含有较多残余的炭化物，韧性较差，容易断裂，不利于锻造加工。

2.2 Cr12钢的回火工艺
在金属或非金属材料的锻造加工过程中，都需要用到冷作模具钢，它是冲压、拉伸、弯曲等加工工序中必不可少的材料。

而这些工序对材料的强度、硬度、韧性和耐磨性的要求都较高，所以通常采用Cr12型钢作为通用型冷作模具，来保证设备的使用寿命。

Cr12钢在生产加工过程中，主要采用两种热处理工艺：第一，一次硬化法，包括低淬和低回两个过程；第二，二次硬化法，包括高淬+高回两个过程。

两种工艺的具体实施方法如下：
对于一次硬化法，一般将淬火温度设置为1020～1040度，再根据模具的不同要求调整不同的回火文图。

对于硬度和耐磨性要求较高的冷冲压模具，通常采用160～180℃度的低温回火，回火后硬度可以超过HRC60。

而对于韧性要求较高的冲压模具，一般将回火温度设置为250～270℃，回火后硬度约为HRC58～60。

而有些对冲韧要求特别高的材料，则将回火温度提高到520℃，回火后硬度约为HRC55～57。

对于二次硬度法，一般将淬火温度调整到1080～1120℃。

Cr12模具钢在淬火后由于碳化物的偏析，造成了很多奥氏体残留在内部，影响了材料的硬度。

而通过3～5次高温回火，可以将残余奥氏体转变成马氏体，由此得到二次硬化来提高模具的硬度。

但这也有其缺点，就是材料的冲击韧性较差，在多次冲压过程中寿命减短，所以并不适合冷作模具。

一次硬化法虽然提高了C12模具钢的硬度，但是由于采用的回火温度较低，残余应力得不到充分的消除，使得材料在后续的打磨、切削等加工过程中降低了表面硬度，从而缩短了使用寿命。

为了解决这一问题就要尽量采用1050℃的中温回火和500～520℃的高温回火，只有将这两种工艺结合，才能提高模具的强度和韧性。

而高温回火过程正好消除了前面加工过程中的残余应力，这样使得后续的电火花加工材料不易开裂，延长了使用寿命。

2.3 Cr12钢的应用范围
由于Cr12钢的强度、耐磨性和淬透性较高，被大量运用于冷作模具中。

该钢虽然具有较好的热加工性。

但是冲击韧性较差。

由于Cr12钢中的碳化物分布比较均匀，可以很好地符合有些冷作模具对形状复杂、工作环境差等的要求。

例如可以将其很好地运用于生产冷冲模冲头、切削工具等过程中。

具体地，如在制造弯曲模具中要求形状复杂的凹凸模具，又要求硬度较高，Cr12钢则是一个很好的选择。

3.Cr12钢的强韧化热处理
3.1 Cr12钢强韧化热处理的方法
热处理过程中，一般采用Cr12试验用钢，化学成分包括C、Si、Mn、Cr、P、S等元素，其中Cr的含量约为12%左右。

一般使用箱式电阻炉对实验用钢进行退火和回火等热处理过程，采用埋入式电盐浴炉对Cr12钢进行预热、淬火、加热等过程。

最后对热处理后的Cr12模具钢进行金相组织的观察和力学性能的测试，来衡量材料的使用寿命。

3.2 Cr12钢强韧化热处理的实验过程
第一，对Cr12钢使用普通退火和等温球化退火两种退火方式，测量其硬度值，比较其不同的金相组织。

第二，对退火后的钢件进行960℃油淬处理，分别测量其冲击强度和韧性。

第三，选择相同数量的拉丝模和冲压模分别进行上述不同的热处理过程，比较模具的使用寿命和失效现象。

3.3 Cr12钢强韧化热处理的效果分析
Cr12钢在经过压延后，金相观察发现在材料内部残存了很多带状或网状的碳化物。

这导致了模具钢的韧性、磨削性、耐磨性和力学性能都有所降低。

而经过不同温度的等温球化退火，大大改善了淬火过程中Cr12钢中碳化物的数量与分布，最终优化了材料的组织和力学性能的优化奠定了基础。

而结合400℃的回火过程，更加提高了材料的使用寿命，将Cr12钢拉丝模和冷冲模的使用寿命提高了1～2倍。

4.结束语
Cr12钢作为一种重要的冷作模具钢，大多是由于残留奥氏体数量较少，造成了模具的韧性不足，从而减短了使用寿命。

Cr12钢经真空热处理后，变形量小，表面质量得到改善，硬度、冲击韧度、耐磨都会得到提高。

特别是将等温球化退火工艺运用于生产实际中，更能明显提高模具的使用寿命。

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