冷镦模具的相关材料及其热处理

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冷镦模具常使用的有两种:一种使用Cr12MoV(SKD11)或者Cr12;一种是使用硬质合金.
Cr12MoV冷作模具钢属于高碳高铬钢，它的组织和性能，其中包括硬度、塑性、强度、回火稳定性、淬火回火的体积变形等与淬火有极大的关系。一般在加热温度８１０℃以上时，原始组织中索氏体和碳化物转变为奥氏体中和碳化物，随着温度的升高合金碳化物会继续向奥氏体中溶解，增加了奥氏体中Ｃ和Cr的浓度，因而得到较高的淬火硬度。淬火温度达到１０５０℃时，硬度会达到最高值。若淬火温度１１００℃时，残余奥氏体就会很高，可能会达到８０％以上，硬度会急剧下降。因此，根据使用要求的不同，需要选择不同的淬火温度。可以９８０-１０３０℃淬火、油冷，也可以１０５０-１０８０℃的淬火、油冷。
5 m$ z2 H! n+ Z4 A0 _5 S　回火——根据模具的硬度要求，选择不同的淬火温度范围，如上述的两种温度。一般采用高温回火和低温回火两种热处理方法。以获得不同的强度、韧性和硬度。 　　

0 {0 T/ U" c( K8 w3 q  @8 R  G９８０-１０３０℃淬火、油冷，采用一次硬化处理的回火，回火温度选择１８０-２００℃，一般硬度为５４-５８ＨＲＣ，这样可以得到较高的硬度和耐磨性，而且热处理变形较小。 　　
, w( G: y2 {- s9 o
3 E( K3 U: M+ N/ p6 ^１０５０-１０８０℃的淬火、油冷，采用二次硬化处理的回火，回火温度选择４９０-５２０，一般硬度为６０-６２ＨＲＣ，一般采用多次的高温回火，一般为３-４次，每次２小时，模具经过二次硬化处理后，这样可以得到较高的红硬性和耐磨性。

! g# G3 d% W5 P# l' h; G6 M* {表2-3-8 Cr12MoV钢推荐的回火规范
方案    淬火温度 /℃    回    火
# B1 A# A! k6 \, I        用  途    加热温度/℃    介质    硬度HRC
ⅠⅡⅢ    1020~1040    消除应力去除应力，降低硬度去除应力，降低硬度    150~170200~275400~425    油或硝盐——    61~6357~5955~57
9 s, J8 Y6 M; C! d3 H/ M6 G! ZⅣⅤⅥ    1115~1130    去除应力及形成二次硬化去除应力及形成二次硬化去除应力及形成二次硬化    510~520℃多次回火-78℃冷处理        加510~520℃一次回火-78℃冷处理加一次510~520℃回火，再-78℃冷处理    ———    60~6160~6161~62
注：1.用方案Ⅰ回火的工件，需要保持高硬度及高耐磨性，其尺寸与淬火状态几乎无差别；
    2.方案Ⅱ用于获得良好韧性的工件。

! P+ s8 T- h0 y* y: v2 i1 qCr12材料的特性：
  化学成分
C            Si        Mn          Cr          P          S
; y, M+ A% s1 Q) U2.00~2.30    ≤0.40    ≤0.40    11.50~13.00  ≤0.030    ≤0.030  
物理性能：Cr12钢的临界温度
1 p5 y6 ?  C7 a2 H/ p  临界点                Ac1        Acm        Ar1        Arcm          Ms
温度（近似值）/℃      810          835          755        770            180
# H+ j9 \% t8 V% i. w) e; u热加工：Cr12钢的热加工工艺
项  目      加热温度/℃    开锻温度/℃      终锻温度/℃    冷却方式
. V6 U7 ~( m7 o" p钢  锭      1140~1160      1100~1120        900~920      缓  冷
钢  坯      1120~1140      1080~1100        880~920      缓  冷
预备热处理
Cr12钢锻后的一般退火工艺示于图2-1-1，锻后等温退火工艺示于图2-1-2。

) e  W- G! ?6 Z  q  B7 z1 h    温度                  860±10℃
                     

. Q  _/ b& Y4 _, a                                                          冷速，≤30℃/h
8 M2 e* u2 q2 E+ j+ I                      均热      保温>4h                  
/ p. T" k' O9 ?, s$ H# H
- x# Y9 [$ n/ |7 ?+ c$ g4 N                                                              HB≤269
& F( c) H7 z$ ?# X( [
时间/h
, ^' P  d# y0 I0 b# n2 F8 n: d5 ]图2-1-1（组织：粒状珠光体 + 碳化物）
$ ]  u  `6 ?! r$ J温度              
                                      冷速，≤30℃/h
3 e+ g" A. Z# Q' M- z+ H0 f3 C" n5 R              均热  保温2-3h          720-740
7 [% o5 v" ?2 w& w) N( ^5 e: d                                          保温3-4h        冷速，≤50℃/h
3 p, q+ y; ^( U/ }5 }6 h                                                              ≤550℃ 出炉冷却
                                                                          时间
（组织：粒状珠光体+碳化物）    HB≤269
图2-1-2  锻压后等温退火工艺

2 ^# E- M; K. v3 m% @, q/ f7 e淬火
0 b+ a# l, k4 J: P& T        Cr12钢的等温转变曲线示于图2-1-3，淬火硬度与淬火温度的关系示于图2-1-4，硬度、奥氏体晶粒度粒度与淬火温度的关系示于图2-1-5，推荐的回火规范示于表2-1-4。

图2-1-3  等温转变曲线
9 P0 B: b- S9 M2 C" c9 x    图2-1-4  淬火硬度与淬火温度的关系
2 H1 {! D9 M, n3 r0 Q# }/ H* Z      70
  硬  67.5
1 B% S: L4 K$ F' M1 p  度  65
  H  62.5
) d5 i7 k$ G( P( k/ ^& p/ K0 `9 k  R  60
  C  57.5
1 _0 s, R5 ^( V: F4 V      55
2 Q( s; J4 G% a0 f      52.5
6 M: b; T; w1 H* s      50
      47.5
45  
# C4 e9 I2 J5 h2 T2 g' w. @- O850              900              950              1000              1050              1100
7 T& ~0 O3 w+ D  W" f淬火温度（℃）
图2-1-5  硬度、奥氏体晶粒度粒度与淬火温度的关系
    2
, w) k7 l' F- T+ F4 y晶  
4 Z+ w; S/ v6 A; a    4                                                                          70  硬
粒                        硬度
    6                                                                            62  度
# p% ~( D0 y! q; j, E9 X* J( x度
    8                                                                            54    H
/ n& o3 z' m$ x8 I' b级
/ c+ K. Y" B* b* ?6 P4 r  a  10                                                                            46    R
) I! e: v4 G: ]( n            晶粒度
) Y5 m  @4 z+ R& B' ~1 b7 a12                                                                            38    C
" @) h: }5 ^( _- {
                                                        30
6 R$ V7 ]1 [0 c; v( R    900  950  1000  1050  1100  1150  1200  1250  1300
( ~; G9 \1 L" }8 g                      表2-1-4  Cr12钢推荐的淬火规范
淬火温度/℃          冷却介质          硬    度
( Z& b& ?6 ~3 c5 j8 b& \, U950~980              油              59~63
C  回火
" ~  f8 O/ ^4 }! XCr12钢的性能、残余奥氏体量、试样长度变化率与回火温度的关系示于图2-1-6~图2-1-10，推荐的回火规范示于表2-1-5。  
- P! E# `# M' ~( _3 B. O图2-1-6  Cr12钢硬度与回火温度的关系曲线
# U7 o& d, E# p" H8 J/ `8 Q5 h      68
硬 64                        1
  度  60                                            2
  H  56        3
  R  52
  C  48
( E9 T$ \' x6 D6 R$ l' n$ Z+ ^    44
200      300      400      500      600      700
% n) v  ]: f6 A. T( T（淬火温度：1—955℃，2—1010℃，3—1090℃）
图2-1-7  Cr12钢经960~980℃加热淬油后并在不同温度回火并保持1.5h的力学性能 ：略。
, B: z- |3 K+ H* C图2-1-8    Cr12钢抗压强度与回火温度的关系 ：略
图2-1-9    Cr12钢残余奥氏体与回火温度的关系 ：略
Cr12钢残余奥氏体量与回火温度的关系
残余  100
奥氏    80                  1100℃
体量    60                  1050℃
3 J1 W0 j4 }* a%      40                    975℃
        20
% r9 o( V/ j+ q: o2 v, ]" E2 F          0
            淬火    150        250        350      450        550
: a' q" |, l: g: M$ Y# a回火温度℃
% f9 j/ J& e- G* y  o表2-1-5  Cr12钢推荐的回火规范
1 U& E+ ~3 D8 }# R+ T用途                  加热温度/℃    回火时间/h    回火次数      硬度（HRC）
4 M- g7 b- I0 K0 q& W. y% }* y! y6 g消除应力和稳定组织    180~200            2          1                60~62
3 \5 x& g! }  \/ Y1 T) O2 v消除应力和降低硬度    320~350            2          1                57~58
注意：在回火中，应避开回火脆性温度范围。Cr12材料的回火脆性温度范围为：290-330℃