铬十二钼钒模具——现代制造业核心工具，模具钢要求知多少？

铬十二钼钒

模具是现代工业生产的关键装备，也是实现产品成型的必要手段。近些年，国内模具行业进步显著，近年来需求量每年提升约百分之十五。国家经济快速上行，既对模具品质提出更高标准，也为行业发展注入强大动力。模具制造的根本在于模具钢,这类材料是关键所在,当前模具行业正飞速进步,因此对模具钢的供应量、品质、种类、尺寸、特性等多方面有了更新更严格的标准。Cr12MoV钢是所有冷作模具钢中使用最为普遍的一种。它虽然抗力强、坚硬程度高，耐磨损性能优越，但它的柔韧性不足，对高温成型技术和高温处理技术要求严格，如果加工处理方法不恰当，很容易导致模具迅速损坏。

Cr12MoV是中国的标准命名，德国的标准则称作X165CrMoV12

化学成份：

碳 C ：1.45～1.70

硅 Si：≤0.40

锰 Mn：≤0.40

硫 S ：≤0.030

磷 P ：≤0.030

铬 Cr：11.00～12.50

镍 Ni：允许残余含量≤0.25

铜 Cu：允许残余含量≤0.30

钒 V ：0.15～0.30

钼 Mo：0.40～0.60

电炉真空提纯制造，通过锻造备料，共晶碳化物分布均衡，具备优异的淬透能力，显著提高耐磨程度，同时保持良好韧性，淬火过程中体积收缩轻微；正因如此，该材料在市场上有极高需求量。

降低Cr、Mo、V的成分，能够直接节省开支，并且严重损害性能，比如用Cr8、Cr12来代替Cr12MoV。

调整其制造工艺，采用中频熔炼替代电炉提纯，造成成分纯净度不足，运用连续铸造取代球化回火，降低轧制比例等等诸多手段来压缩开支，最终用户在使用时材料无法达到预期性能，模具损耗加剧，严重的直接引发断裂作废。

实验表明,经过快速冷却处理后,由马氏体与下贝氏体共同构成的混合结构,其综合力学性能要优于仅含有单一马氏体相或者仅含有单一下贝氏体相的情况

此外,回火后结构里含有适度的残余奥氏体能够略微增强材料的延展性,对于混合金属来说,混合元素的品类和比例对金属回火后残余奥氏体的多少也有明显作用

适宜的回火温度能让钢材维持必要的高温构造和微小的晶粒,从而确保退火后能取得优良的整体特质。

近些年,国内国外研究者针对Cr12MoV钢的热处理新方法进行了大量探索。实验结果显示,该材料里碳化物的样貌及其散落状态对它的抗折能力有显著作用。要提升材料的综合性能,就需要运用恰当的回火手段,来调整组织里碳化物的形态、多少、大小和散布情况。这样做能够增强材料的强度和韧性,使其具备更优的机械特性。此外,回火温度的变化对合金钢的拉伸特性与冲击特性存在显著作用,一般情况下,回火温度的升高有助于提升材料的韧性,同时会削弱其抗拉能力;又因为二次硬化效应的存在,当回火温度介于500 ~600 ℃时,适当提高温度能够使合金钢的硬度得到一定程度的增强。总而言之,针对Cr12MoV钢的热处理技术已经获得部分进展,但工艺流程较为繁琐,且热加工环节能耗偏高。本研究计划考察在多种回火条件影响下,Cr12MoV钢的内部构造与力学指标表现,以便发掘更为节能的加工方案。

试验选用的Cr12MoV钢材属于典型的高碳高合金钢种,其详细化学成分数据参见表1。将用于热工实验的Cr12MoV钢材加工成直径20毫米、长度50毫米的圆柱形试件,开展调质实验。具体工艺流程为:先在1025摄氏度温度下进行淬火处理,随后在490摄氏度与510摄氏度两个温度点分别进行0.5小时与3小时的保温。完成热处理后的试件,需要实施力学性能检测和微观组织观察分析。为评估热处理后的材料加工性能和抗磨损能力，运用MHT-10显微硬度测试设备完成硬度检测，测试参数为砝码重量100克，施压时长10秒；借助Rigaku PSPC/MICRO应力检测装置分析内部应力分布，测量点分布情况参见图1。使用JEOLJXA-8100电子探针(EPMA )来检测元素分布情况，借助ZEISS Axiovert 200 MAT光学显微镜来查看微观组织的分布状况，借助Rigaku Smartlab X射线衍射仪来识别各种衍射峰对应的物相，并运用相对强度法来计算剩余奥氏体的体积占比。

畸变量及力学性能分析

图2展示了Cr12MoV钢在不同回火状态下，其试样变形程度、剩余应力与硬度分布的测量数据。根据图2可知，不论从试样底部还是侧面观察，随着回火时长从0.5小时延长至3小时，剩余应力明显减小，变形量也显著降低。一般情况下，表面承受的压应力越强，材料的抗疲劳能力越强，但加工性能相对较差。因此,延长回火时长能够减小钢件表面的压应力,从而改善其加工性能。对比在490℃与510℃两种回火温度下得到的数据,可以看出,回火温度对于变形程度及残余应力的改变作用,远不如回火时长显著。

图2( c)展示了实际检测到的硬度数据。能够观察到,尽管在回火过程持续进行中,最高硬度呈现下降趋势,不过当回火时间达到一定程度,样品内部不同部位的硬度差异逐渐减小。本项实验选用的Crl2MoV钢材在加热处理前的硬度数值为654HVO.1,经过热加工之后,所有取样点的硬度测量结果都超过这个基准值,并且没有因为回火工艺导致硬度出现下滑现象。此外,依据图2( c)可知,在各种回火温度下检测到的硬度数据差异不大。