Cr12MoV钢不同热处理条件下的硬度和金相组织分析
王丽君1,苗彬2,孟先新1
(1.华北水利水电学院,郑州450011;2.河南省机械
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
研究院,郑州450002)
摘 要:研究了Cr12MoV钢在不同温度淬火和回火后的硬度变化,并对不同热处理条件下的金相组织进行了分析。
关键词:Cr12MoV钢;热处理;硬度;金相组织
Cr12MoV钢是广泛用于模具行业的冷作模具钢,具有高淬透性,截面为300～400mm2以下者可以完全淬透。在300～400℃时仍可保持良好硬度和耐磨性,因此可用来制造断面较大、形状复杂、经受较大冲击负荷的各种模具和工具。由于该钢中存在大量碳化物,且偏析严重,因此不同的热处理工艺对钢的性能有很大的影响[1]。本文对Cr12MoV钢在不同热处理条件下的硬度和金相组织进行了分析,为业内人士提供参考。
1 实验条件
(1)试样材料:Cr12MoV钢,碳化物偏析较严重。
(2)试样规格:试棒为<100mm×200mm,在试棒的R/2处截取金相试样15mm×15mm×20mm。
(3)淬火前进行等温退火,850±10℃保温100～120min,740℃等温4h。
(4)淬火加热用盐浴炉,冷却介质为20号机油。
(5)金相组织用XJB-200型在线金相仪。
2 试验结果与分析
2.1 硬度
Cr12MoV钢经不同温度淬火和不同温度回火后的硬度实验数据见表1所示。
根据实验数据绘制其关系曲线如图1所示。
从表1和图1可以看出:
(1)Cr12MoV钢淬火后的硬度与淬火温度有极大关系,980～1040℃淬火获得的最高硬度为63～65HRC。
(2)Cr12MoV钢的回火稳定性高,980～1040℃淬火,200℃回火2次,每次2h,硬度为59.5～60.5HRC,250℃回火1h,硬度为58.5～59.5HRC。
(3)1100℃淬火,520℃回火2～3次,“二次硬化”硬度最高为60.5～61HRC。
(4)1130℃淬火,520℃回火3次,硬度仅提高到50HRC,在550℃回火1～2次,硬度提高到58HRC。1200℃淬火,520℃回火3次,硬度提高很少,经550℃2次回火,硬度提高到59HRC。
(5)Cr12MoV钢经1040℃淬火,500℃回火后硬度为57.5HRC,520℃回火2次,硬度为56～57.5HRC,看不出二次硬化现象。
2.2 金相组织
Cr12MoV钢热处理状态不同,显微组织变化很大,特别是1150℃以上温度淬火的组织比较特殊。
Cr12MoV钢不同热处理状态的金相组织图说明如下:
(1)800～880℃淬火,未回火的试样组织为:马氏体+屈氏体+碳化物。材料碳化物偏析比较严重,奥氏体成分不均匀,稳定性程度不同,硬度由低到高(见图2所示)。
图2 800～880℃淬火金相组织 ×400 图3 1040℃、1070℃淬火金相组织 ×400
(2)950℃、980℃、1010℃淬火,未回火的试样为正常淬火组织:马氏体+碳化物+残留奥氏体。
(3)1040℃、1070℃淬火,未回火的试样为正常组织:回火马氏体+碳化物+残留奥氏体(见图3所示)。
(4)1100℃～1160℃淬火,未回火的试样为粗针状马氏体+碳化物+残留奥氏体(见图4、图5所示)。
图4 1100℃～1160℃淬火金相组织 ×400图5 1100℃～1160℃淬火金相组织 ×400
(5)1200℃淬火,未回火的试样,组织为很粗的针状马氏体+少量碳化物+大量残留奥氏体(见图6、图7所示)。
(6)1230℃淬火,未回火和低温回火的试样,为针状马氏体+少量碳化物(带状)+大量残留奥氏体,晶粒很粗大,晶界上有淬火显微裂纹(见图8、图9、图10所示)。
(7)1280℃淬火,低温回火的试样,为粗针状马氏体+极少量碳化物+大量残留奥氏体(见图11所示)。
图6 1200℃淬火金相组织 ×400 图7 1200℃淬火金相组织 ×400
图8 1230℃淬火金相组织 ×250 图9 1230℃淬火金相组织 ×400
图10 1230℃淬火金相组织 ×400 图11 1280℃淬火金相组织 ×250
图12 1310℃淬火金相组织 ×250
(8)1310℃淬火,未回火的试样为严重过烧组织,晶界上有网状共晶莱氏体(见图12所示)。
(9)1160℃淬火,520℃、550℃多次回火后的金相组织与图6、图7相似。1230℃淬火,多次回火的金相组织与图8、图9、图10相似,仅马氏体及析出的弥散碳化物量增多。带状碳化物周围的残留奥氏体,因合金化程度很高,十分稳定,仍未完全转变。
3 结束语
(1)Cr12MoV钢的热处理工艺,有一次硬化法和二次硬化法2种。研究表明,一次硬化法淬火温度为1010～1040℃较好,回火温度一般为200℃回火两次。二次硬化法淬火温度为1100～1120℃较好,回火为520℃,2～3次较好。
(2)为了获得热硬性和高耐磨性,对Cr12MoV钢采用二次硬化处理法,因为含有较多合金元素和碳的残留奥氏体具有高的回火稳定性,只有经过多次回火才能使大部分残留奥氏体转变为马氏体。在提高淬火温度或回火温度偏低的情况下,要增多回火次数,实验表明,淬火温度提高到1150℃以上时,在520℃回火4～5次可能作用不显著,也不经济,不如提高回火温度效果好。
(3)采用冷处理可以减少回火次数。淬火后把工件冷却到-80℃左右,能使大部分残留奥氏体转变为马氏体。冷处理的温度-80℃足够,因为温度再低,残留奥氏体转变得非常缓慢,冷处理后还要进行一次520℃回火,以消除内应力和使冷处理后保留下来的大部分残留奥氏体发生转变。
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