高耐磨微变形冷作模具钢

低变形冷作模具钢的性能虽然优于碳素工具钢，但其耐磨性、强韧性、变形要求等仍不能满足形状复杂的重载冷作模具的要求。为此，发展了高耐磨微变形冷作模具钢，其牌号、成分、主要特点见表2-13。

表2-13 高耐磨微变形冷作模具钢的成分及特点

这类钢在冷作模具中用量很大，典型的钢种有Cr12、Cr12MoV、Cr4W2MoV、Cr12Mo1V1。

1.Cr12、Cr12MoV钢

这两种钢均为Cr12型钢，由于含有较高的C、Cr，少量的Mo、V元素，所以，它们在使用状态具有高硬度和高耐磨性。

（1）力学性能 Cr12型钢的组织和性能与淬火温度有极大的关系，如图2-16、图2-17所示。由图可见，随着淬火温度的升高，淬火硬度相应增加。这是因为随着淬火温度的升高，合金碳化物溶入奥氏体的数量增加，使得奥氏体中固溶碳量和合金元素增加的结果。淬火温度升高到1050℃时，硬度达到最大值。若再提高淬火温度，由于奥氏体中合金元素继续增多，使M_s点下降，导致残留奥氏体量大幅增加，硬度急剧下降，同时还因为奥氏体晶粒变粗，使得抗弯强度和冲击韧度明显降低。

图2-16 淬火温度对Cr12MoV钢的硬度、晶粒度和残留奥氏体量的影响

图2-17 淬火温度对Cr12MoV钢的抗弯强度、冲击韧度的影响

图2-18、图2-19和图2-20所示为回火温度对钢的硬度、抗弯强度和断裂韧度的影响。由图可见，Cr12MoV钢经1020℃淬火，520℃回火出现十分明显的二次硬化，而且淬火温度越高，这种效应越显著。在200℃左右回火时，Cr12MoV钢的断裂韧度最高。

图2-18 回火温度对Cr12MoV钢的硬度的影响

图2-19 回火温度对Cr12MoV钢抗弯、抗压强度的影响

a）回火温度对抗弯强度的影响 b）回火温度对抗压强度的影响

综上所述，Cr12MoV钢采用低温淬火（950～1000℃）和低温回火（200℃）时，可以获得高的硬度、强度和断裂韧度；若采用高温淬火（1080～1100℃）和高温回火（500～520℃），可以获得良好的热硬性，其耐磨性和硬度也较高，但抗压强度和断裂韧度较低；而采用中温淬火（1030℃）和中温回火（400℃），可以获得良好的强韧性配合。在生产中采用何种淬回火工艺，应视模具具体的工作条件来确定。

（2）工艺性能 Cr12型钢属于莱氏体钢，铸态组织中含有大量的共晶碳化物，经轧制后，在较大规格的钢材中，仍残留明显的带状和网状碳化物，尤其是Cr12钢最为突出，对淬火后力学性能影响很大，对变形开裂和模具的使用寿命影响极大。表2-14是Cr12MoV钢的碳化物级别与力学性能的关系。由表可见，钢材规格越大，碳化物不均匀性越严重，其纵横向的力学性能差越大，所以必须对较大截面钢坯进行改锻，以改善碳化物的不均匀性，使其热加工流线分布合理。

图2-20 回火温度对Cr12MoV钢断裂韧度的影响

表2-14 Cr12MoV钢的碳化物级别与力学性能

注：试样经1020～1030℃淬火，150℃回火。

由于Cr12钢属于高碳高合金钢，其导热性差、塑性低，变形抗力大，锻造温度范围窄，组织缺陷严重，所以，可锻性差。合理的锻造工艺是：预热温度750～850℃，加热温度1050～1100℃，始锻温度1000～1050℃，终锻温度850～900℃，锻后缓冷。(www.xing528.com)

锻坯预备热处理一般采用等温球化退火，退火工艺为：加热温度850～870℃，等温温度740～760℃，退火后的硬度为207～255HBW。

Cr12型钢中铬的质量分数高达12%，所以具有高淬透性。截面为300～400mm以下的模具在油中完全可以淬透，控制淬火温度，可以调节残留奥氏体量，实现微变形淬火。

2.Cr4W2MoV钢

Cr12型钢碳化物不均匀性严重，使用中脆断倾向很大。Cr4W2MoV钢就是针对Cr12型钢的缺点而研制的新钢种，其成分特点是：铬的质量分数减少了2/3，钨、钼含量稍多。使得大规格钢材的碳化物不均匀性有了很大的改善，并且具有良好的耐磨性、淬透性和二次硬化能力及尺寸胀缩可调节性。Cr4W2MoV钢的性能见表2-15、表2-16。

表2-15 Cr4W2MoV钢的抗磨损性能

表2-16 Cr4W2MoV钢的性能

由表可知，施行不同淬回火工艺之后，Cr4W2MoV钢的性能有很大的不同。采用高温淬火、高温回火（1030℃淬火，520℃三次回火），具有高耐磨性和热硬性；采用较低温度淬火、较低温度回火（900～980℃淬火，200～290℃回火），具有良好的强韧性。并且，该钢淬透性良好，可实现微变形淬火。

Cr4W2MoV钢锻造温度范围窄（1050～850℃），锻造过程中易于过热、过烧、锻裂，因而必须严格控制锻造工艺。

该钢退火软化也较困难，一般采用等温球化退火工艺，其工艺为：860～920℃×3h，炉冷，等温760℃×6h。退火后硬度小于241HBW。

3.D2（Cr12Mo1V1）钢

D2钢仍属高碳高铬型莱氏体冷作模具钢，但Mo和V含量比Cr12MoV钢高些。Mo、V含量的增加，进一步细化了晶粒，改善了碳化物不均匀性，提高了淬透性，使得D2钢的强韧性和耐磨性均比Cr12MoV钢好，见表2-17。

表2-17 D2钢与Cr12MoV钢的力学性能对比

由于D2钢的屈服强度及塑性变形抗力比Cr12MoV钢高，因而D2钢的可锻性、热塑成形性较Cr12MoV钢略差。锻后退火工艺为：加热温度870～900℃，等温温度760℃，退火后硬度为215～255HBW。

4.高耐磨微变形冷作模具钢的热处理工艺

此类钢的热处理工艺方法很多，往往要根据模具的工作条件进行选用，可参考表2-18的热处理工艺选用。

表2-18 高耐磨微变形冷作模具钢热处理工艺

5.典型钢种的应用范围

Cr12型钢具有良好的淬透性和耐磨性，淬火体积变化小，广泛用来制造形状复杂的重载冷作模具，如切边模、落料模、拉丝模、搓丝模等。由于该类钢脆断倾向性大，将逐渐被其他新钢种替代，适用范围正在逐渐缩小。

Cr4W2MoV钢耐磨性、强韧性稍优于Cr12型钢，碳化物细小、均匀，淬火变形小，是Cr12MoV钢的替代钢种。

Cr12Mo1V1钢综合性能优于Cr12MoV钢，但可锻性、热塑成形性稍差，可用于代替Cr12型钢制造大型复杂的冷作模具，如冷切剪刀、切边模、滚边模等。