Cr12冷冲模的热处理研究

摘要：本文研究了Cr12钢制造冷冲模的热处理工艺；在制造DG41硅钢片冷冲模中得 到有效的应用，这种热处理工艺可作为一般冷冲模热处理问题的解决措施。

DG41硅钢片制品是用于8000HZ或2500HZ中频感应热处理施感体的导磁体，对于中频感应加热设备的用户来说，采用冲压工艺制造DG41硅钢片导磁体是一种较好的方法。冲制这种硅钢片需制造下料冷冲模，提高硅钢片冷冲模的寿命对提高零件热处理质量和缩短生产周期极为重要。本文主要研究了Cr12钢制硅钢片冷冲模的热处理工艺，采用这种热处理工艺提高了冷冲模的寿命，同时制造过程既经济，又合理、实用，是一般冷冲模最佳热处理工艺。

1 Cr12模具钢的性能

硅钢片冷冲模采用Cr12钢制造。Cr12钢是一种高碳、高铬的莱氏体钢，具有大量的游离碳化物。在退火状态其碳化物可多达28%，在淬火、回火状态其游离碳化物也多达21%。钢中的Cr大部分形成碳化物，只有极少部分固溶于基体中。当淬火温度为950°C时，基体中碳含量为0.5%，铬含量约为4%[1]。

Cr12钢中碳化物为M7C3型碳化物，维氏硬度为2100HV，因此其耐磨性较好。冲压性能高，脆性大。淬透性较Cr12MoV低。在实际使用该钢制造的冷冲模，如果冲压操作正确，韧性不成为模具的关键，而耐磨性直接决定模具的寿命。

2冲模的工况及其磨损状况

图1所示为冲压DG41硅钢片导磁体冷冲模的凹模，图2所示为冲压DG41硅钢片导磁体冷冲模的凸模。硅钢片冲模在工作时，刃口部分承受着冲击力、剪切力和弯曲力，同时刃口部分又承受到制品的挤压和摩擦。硅钢片表面特有的涂层也加剧刃口磨损。冲模失效主要形式是刃口磨损。所以提高冲模寿命的关键是提高耐磨性。

图1所示为冲压DG41硅钢片导磁体冷冲模的凹模

图2所示为冲压DG41硅钢片导磁体冷冲模的凸模

凸模刃口磨损情况分为三种磨损情况：(1)主体刃口磨损，其表面呈粗糙的伤迹;(2)刃口侧面线性刮伤，其磨损不大;(3)刃口的端面磨损呈研磨状态，磨损量也甚微。因此提高模具的寿命就是着力减少冲模的上述第一种磨损[2]。提高冲模硬度和增加碳化物硬度且分布的均匀性是提高其耐磨性和降低第一种磨损最为有效的途径。

DG41硅钢片冷冲模技术要求是淬火HRC62—64。硬度较高，热处理工艺工作就是保证上述硬度的前提下，使冷冲模有较好的强度和韧性，以及较长的寿命。

3. 热处理对Cr12钢组织和性能的影响

3.1 淬火工艺的影响

淬火是冷冲模热处理的关键工序，对冷冲模的质量有着非常密切的关系。在淬火过程中要考虑加热方式、升温方式、淬火温度、保温时间、冷却方法以及变形等多种因素的影响。

为了防止氧化，热处理设备选用盐浴炉。Cr12钢是一种高碳高铬合金钢，其导热性较差，易形成温差应力，巨大的热应力有造成变形开裂的危险，因此我们采用480—500°C;800--850°C两次预热，然后随炉升温至淬火温度。通过多年生产实践均未发现质量问题。

3.1.1淬火温度

Cr12钢的临界点：AC1为810°C，Ar1为760°C。图3为含铬12%钢的截面相图。共

图3含铬12%钢的截面相图

析点含碳为0.35%。当淬火温度超过AC1时，钢的组织为奥氏体与碳化物共存，此时共析碳化物溶于奥氏体。其含碳量为0.35%，随着淬火温度的提高，含碳量不断提高，而淬火马氏体的含碳量取决高温奥氏体固溶的碳量，马氏体的硬度随含碳量的提高而不断提高，碳钢氏含碳量达0.8%以后硬度不再提高，Cr12钢也有相似的情况。碳量的提高一方面提高马氏体硬度，同时降低马氏体转变温度，使残余奥氏体量增加，使硬度降低。碳量是影响淬火硬度的两个相反因素，促使淬火温度对硬度的影响存在一个最大值，即在某一温度前马氏体硬化起主导作用，这一温度后，残余奥氏体增多，软化起主导作用。试验表明这一温度为1000℃。

图4为淬火温度对硬度、马氏体开始转变点，残余奥氏体量和晶粒度的影响。图5为淬火温度对硬度、抗弯强度和冲击韧性的影响(经200℃2小时回火)。图6为淬火后经520℃1小时2次回火时温度对硬度、抗弯强度和冲击韧性的影响。从图5、图6可知要保证达到

图4 淬火温度对硬度、马氏体开始转变点，残余奥氏体量和晶粒度的影响

HRC60以上同时又有较好的抗弯强度和冲击韧性，980-1000℃是Cr12最佳淬火温度。即图5阴影部分。

3.1.2保温时间

热处理工艺除温度外，保温时间也是至关重要。对过共析钢来讲，每一淬火温度都存在着一个与其相对应的碳化物量相平衡的奥氏体含碳量，由Acm点所决定的[3]。

图5 淬火温度对硬度、抗弯强度和冲击韧性的影响(经200℃2小时回火)

图6 淬火后经520℃1小时2次回火时温度对硬度、抗弯强度和冲击韧性的影响

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保温时间的确定既要考虑淬硬性，又要考虑淬透性，对于我们使用的小型模具保温时间按下式计算：保温时间t(min)=10+有效厚度(mm)/2

3.1.3淬火冷却方法

Cr12钢具有良好的淬透性。可以采用油冷或分级淬火。从现场及模具情况考虑，采用油冷。通过实践表明，环境温度对淬火硬度有影响，由于夏天室温高，所以冬天淬火后硬度比夏天淬火温度高1-2HRC。

3.2 回火工艺的影响

图7是回火温度对硬度、抗弯强度和冲击韧性的影响。从图7可知在高硬度的前提下，欲提高抗弯强度和冲击韧性，应采用180-220℃之间回火温度，即图7阴影部分。为了提高线切割工艺性，可采用370-380℃回火，此时温度略为降低，韧性、抗弯度略为提高，但热处理残余应力较200℃回火却有较大幅度的降低，而且组织比低温回火稳定。在450-520℃回火，出现明显的回火脆性，应该避免在此脆性温度范围内回火。另外Cr12冷冲模采用高温回火工艺是不适宜的。回火时间应尽量充分，防止残余奥氏体转变形成的应力而开裂。为了解决该钢的导热性差，以及淬火应力大的问题，我们制定了二次回火工艺，即第一次180-220℃1-2h,第二次采用同样温度2-3h。

4 DG41硅钢片冷冲模的热处理

图7是回火温度对硬度、抗弯强度和冲击韧性的影响

精密线切割机床在DG41硅钢片冲模制造过程中的应用，使制模工艺简化，生产效率提高。同时对材料和热处理也是提出了新的要求，国外这种模具大都选用CPM-10V(美国)，Vanadis10(欧洲)，DC53(日本)等新材料来制造硅钢片冷冲模。但价格昂贵达100-600多元/Kg。这些材料的价格为国内用户无法承受，而仍采用Cr12或CrMoV钢。对Cr12钢制冷冲模的热处理要点简述如下：

4.1 冷冲模制造时存在的问题

⑴碳化物不均匀度大，模具脆性增加，使用中经常产生崩刃甚至开裂;⑵淬油时，易产生淬火软点;⑶应力较大，易产生开裂。

4.2 解决措施

选择适宜的硬度要求。因为硬度对这类模具的寿命影响比较显著，把硬度定为62-64 HRC。延长奥氏体化的温度时间提高Cr12钢的淬透性。尽可能多地消除热处理应力并稳定组织，采用如前所述的二次回火工艺。根据Cr12钢淬火软点形成的特点，通过控制淬火油特性稳定，控制加热介质的流动性和洁净度，增加淬火油搅拌程度，均可防止淬火软点的产生。

5 结论

硅钢片冷冲模在我国目前应用最多的还是Cr12钢，Cr12钢有很好的耐磨性，也适用于DG41硅钢片冷冲模。为了基本满足该磨具的要求，根据多年实践与研究，应采取一些相应的措施：

⑴淬火温度采用980-1000℃有较好的组织和性能。

⑵采用200-220℃二次回火，对防止开裂和变形有明显的效果。

⑶应控制淬火油的特性温度;冷却时的搅拌程度和持续时间，加热盐浴的流动性和脱氧捞渣程度，均能防止淬火硬度不足。

参考文献

　　[1]崔崑.钢铁材料及有色金属材料学[M].机械工业出版社.1981.8.

　　[2]天津大学金相教研室.工模具热处理[M].天津人民出版社.1974.

　　[3]安运铮.热处理工艺学[M].机械工业出版社.1982.7.