陈 庚，苗景国，方 琴，苗 骁，吴 迪

（1.四川工程职业技术学院 材料工程系，四川 德阳 618000；2.天津职业技术师范大学 机械工程学院，天津 300222）

Cr12MoV钢是一种典型的模具钢，主要用于制作需要较大承载力、较高耐磨性且形状相对复杂的大型冷作模具[1]。由于其工作环境对模具本身质量的严苛要求，热处理工艺参数对产品质量起到了决定性作用。目前，已有不少学者对Cr12MoV钢的热处理工艺进行了研究。高玉芳等[2]研究了球化退火工艺对Cr12MoV钢炭化物形态、晶粒大小和力学性能的影响；黄元盛等[3]研究了渗氮处理对Cr12MoV钢组织和性能的影响；孙瑜[4]研究了深冷处理对Cr12MoV钢组织和性能的影响；邓小虎等[5]研究了不同的回火工艺对Cr12MoV钢组织和力学性能的影响；邓莉萍等[6]研究了预备热处理工艺对Cr12MoV钢组织和性能的影响。但是在已知文献中，一次硬化法下Cr12MoV钢的组织与性能研究结果仍存在不小的差别。鉴于此，本研究在一次硬化法下研究Cr12MoV钢的组织与性能，揭示该方法下，不同的淬火、回火温度对Cr12MoV钢的影响规律，以期获得更优异的热处理工艺参数。

1 实验材料和方法

1.1 实验材料

实验用Cr12MoV模具钢由某公司购得。利用切割机将φ17 mm的Cr12MoV圆棒原料制成尺寸为φ17 mm×25 mm的金相试样，通过铣削加工获得尺寸为12 mm×11 mm×65 mm的U型缺口冲击试样。热处理装置为SX2-8-3型高温箱式电阻炉，具体热处理工艺为：（1）预备热处理，采用860 ℃×1.5 h炉冷+750 ℃×7.0 h空冷等温球化退火；（2）淬火加热，淬火温度分别选择930、960、990、1 020、1 050 ℃，保温时间为20 min；（3）在最佳淬火温度下进行回火实验，回火温度分别选择180、200、220、240、260 ℃，保温时间2.0 h。

1.2 检测方法

用LEICA MDMI5000M+DFC450/M80+IC3D型徕卡金相显微镜观察Cr12MoV钢的组织和断口形貌；用HR150A洛氏硬度计检测Cr12MoV钢的硬度（10点取平均值）；用JBS-300B型摆锤式冲击实验机检测Cr12MoV钢的冲击韧性（5次取平均值）。

2 实验结果及分析

2.1 淬火、回火工艺对Cr12MoV钢性能的影响

由图1（a）可知，随着淬火温度的升高，钢的硬度呈现先升后降的趋势。当淬火温度上升到960 ℃时，硬度达到峰值65.2 HRC，进一步升高淬火温度，硬度开始不断下降，990 ℃之前下降缓慢，超过990 ℃后下降明显。这是因为，钢在低于960 ℃淬火时，钢中的碳和合金元素缓慢地溶入了奥氏体，起到了固溶强化的效果。此时，温度相对较低，组织仍然较小，存在细晶强化的作用。当温度超过960 ℃时，虽然合金元素及炭化物继续溶入奥氏体，使固溶强化效果进一步增强，但是由于炭化物减少，对奥氏体晶粒的阻碍作用也开始减小，所以晶粒开始粗大化。虽然990 ℃与960 ℃相差不大，固溶强化效果略有提升，但是不足以抵消晶粒粗大造成的硬度下降问题。进一步提高淬火温度、继续粗大晶粒的同时，由于合金元素及炭化物被相继溶入，奥氏体的稳定性增加，残余奥氏体量开始逐渐增多，导致硬度开始大幅度地下降。

由图1（b）可知，随着回火温度的升高，钢的硬度呈现不断下降的趋势，而冲击韧性刚好相反。其中，硬度从180 ℃时的最大值59.5 HRC降到了260 ℃时的54.4 HRC，冲击韧性最大值为260 ℃时的8.6 J/cm2。在回火温度变化范围内，冲击韧性变化不大，最大值与最小值之间仅相差1.3 J/cm2。这是因为在低温回火时，随着回火温度的升高，马氏体中开始析出炭化物，马氏体固溶度开始下降，随着温度的进一步升高，炭化物析出量增多，使马氏体中的含碳量减少，合金度进一步下降，固溶强化效果也随之降低，进而引发硬度降低和韧性提高。虽然炭化物的析出会出现一定程度的弥散强化，但因为温度较低，析出的炭化物颗粒较细小，所以其弥散强化效果不强。

图1 不同淬火、回火温度下Cr12MoV钢的力学性能

2.2 淬火温度对Cr12MoV钢组织的影响

将经过预备热处理的Cr12MoV钢进行不同的淬火温度加热，其对Cr12MoV钢组织的影响如图2所示。Cr12MoV钢属于高碳钢，质量分数约为1.5%。Cr12MoV钢的AC1温度为810 ℃，在本实验淬火温度下获得的组织为奥氏体和炭化物，随着温度升高，一部分炭化物会进一步溶入奥氏体中，冷却到室温后，组织最终转变为马氏体和炭化物。除此之外，还有一部分残余奥氏体会形成，如图2所示。在图2中，所有淬火温度下获得的组织均为马氏体、炭化物和残余奥氏体，只是其含量不同、所占比例不同而已。同时，由于高含碳量，此时形成的马氏体为隐针马氏体，和残余奥氏体互相掺杂，不容易区别。

图2 不同淬火温度下Cr12MoV钢的组织

2.3 回火温度对Cr12MoV钢组织的影响

将经过960 ℃×20 min油淬处理的Cr12MoV钢进行一次硬化处理，不同的回火温度对Cr12MoV钢组织的影响如图3所示。由图3可知，回火后的组织均为较细小的回火马氏体+炭化物+残余奥氏体，其中以回火马氏体组织为主，炭化物和残余奥氏体的量较少，并且随着回火温度的升高，炭化物析出的量有所增加，马氏体中的含碳量开始减少，进一步消除了内应力，使得韧性增加，与前述结果一致。

图3 不同回火温度下C12MoV钢的组织

3 结论

（1）在一次硬化处理中，随着淬火温度的升高，Cr12MoV钢的硬度呈现先升后降的趋势，当淬火温度为960 ℃时，获得了最高硬度65.2 HRC，淬火后的组织主要为隐针马氏体和残余奥氏体。

（2）随着回火温度的升高，Cr12MoV钢的硬度呈现单调下降的趋势，而冲击韧性刚好相反，回火后的组织主要为细小的回火马氏体、炭化物和残余奥氏体。

（3）经过860 ℃×1.5 h炉冷+750 ℃×7.0 h空冷等温球化退火+960 ℃淬火+200 ℃×2.0 h回火后，Cr12MoV钢获得了最佳的综合性能，此时Cr12MoV钢的硬度和冲击韧性分别达到了58.9 HRC和7.7 J/cm2，满足了冷作模具钢的工作需要。