20Cr渗碳钢应用于模具制造，使用寿命大幅提升

（1）材料的特性

20Cr渗碳钢是我国目前产量最大的几种合金结构钢之一，用途非常广泛。硬度较高，韧性比15CrA差。

该钢具有较好的淬透性、中等的强度和韧性。油淬到半马氏体硬度的淬透性为ϕ20～ϕ23mm。该钢经渗碳淬火表面强化处理后，在模具表面会获得细针状回火马氏体，硬度为58～62HRC；心部获得低碳马氏体组织，硬度35～40HRC，基体强韧性高，可满足冷作模具高硬度、高强度、高韧性和适当耐蚀性的使用性能要求。正火可促进组织球化，细化大块状先共析铁素体，改进毛坯的可加工性。

该钢淬火并低温回火后具有良好的综合力学性能，低温冲击韧度良好，回火脆性不明显。渗碳时钢的晶粒有长大倾向，所以要求二次淬火，以提高心部韧性，不宜降温淬火。当正火后硬度为170～217HBW时，相对可加工性约为65%，焊接性中等，焊前应预热到100～150℃，冷变形时塑性中等。

为了提高模具型腔的耐磨性，模具成形后需要进行渗碳处理，然后再进行淬火和低温回火，从而保证模具表面具有高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韧性。

对于使用寿命要求不很高的模具，也可以直接进行调质处理。国内也有不少应用低碳马氏体钢强烈淬火制造冷作模具的实例。该模具钢零件的工艺路线：下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→冷挤压成形→再结晶退火→机械精加工→渗碳→淬火、回火→研磨抛光→装配。

（2）供货状态

退火态，硬度≤179HBW。

（3）化学成分

根据标准GB/T 3077—1999该钢的化学成分（质量分数）（%）：C0.18%～0.24%、Si0.17%～0.37%、Mn0.50%～0.80%、Cr0.70%～1.00%、P≤0.035%、S≤0.035%。

（4）参考对应牌号

中国GB标准牌号20Cr、日本JIS标准牌号SCr22、美国AISI/ASTM标准牌号5120、德国DIN标准牌号20Cr4、英国BS标准牌号590M17、法国NF标准牌号18C3、国际标准化组织（ISO）标准牌号20Cr4。

（5）临界点温度（近似值）

Ac₁=765℃、Ac₃=836℃、Ar₁=702℃、Ar₃=799℃。

（6）热加工规范

加热温度1220℃，开始温度1200℃，终止温度≥800℃，堆冷。

（7）冷压毛坯软化处理规范

700～720℃×8～15h保温，再以50～100℃/h的冷速，降温到≤550～600℃，出炉空冷。

处理前硬度≤179HBW，处理后硬度≤140HBW。

（8）退火规范

退火温度860～890℃，保温一定时间，炉冷，硬度≤179HBW。

（9）正火规范

正火温度870～900℃，空冷，硬度≤217HBW。

（10）高温回火规范

回火温度700～720℃，保温一定时间，炉冷，硬度≤179HBW。

（11）冷压毛坯软化处理规范

700～720℃×8～15h保温，再以50～100℃/h的冷速，随炉降至≤550～600℃，出炉空冷。

处理前硬度≤179HBW，处理后硬度≤140HBW。

（12）球化退火规范(www.xing528.com)

1）Ac₁稍上温度的奥氏体化等温球化退火工艺。

790℃×8h，随炉降至690℃×3h，再随炉降至620℃，出炉入缓冷筒。

2）Ac₁以下温度的球化退火工艺。

退火温度740℃，保温13h。

3）Ac₁以上温度的奥氏体化缓冷球化退火工艺。

790℃×40min，以10℃/h的冷速炉冷至550℃，出炉后缓冷。硬度125～128HBW。

在球化效果相同的情况下，以等温退火时间最短，在Ac₁以下温度退火次之，缓冷球化退火时间较长。

球化退火可满足冷拔、冷镦和冷挤压等冷变形的需要。

（13）一次淬火、回火规范

淬火温度860～880℃，油或水冷，回火温度240～330℃，油或水冷，硬度≤250HBW。

（14）二次淬火规范

淬火温度780～820℃，油或水冷。

（15）渗碳、淬火、回火规范

900～920℃×4h（罐冷），一次淬火温度860～890℃，油冷或水冷；二次淬火温度780～820℃，油冷或水冷，170～190℃×1.5h回火，表面硬度58～62HRC。

（16）伪渗碳、淬火、回火规范

伪渗碳温度925℃，渗碳6h，降温至淬火温度875℃，油冷，回火温度200℃。

（17）渗碳及感应淬火

渗碳温度900～920℃（罐冷），根据需要进行感应加热，回火温度150～170℃，表面硬度58～65HRC。

（18）碳氮共渗及淬火

碳氮共渗温度840～860℃，共渗后直接淬火，淬火温度840～860℃，水冷或油冷，硬度≥60HRC，回火温度160～180℃，空冷，表面硬度58～62HRC。

（19）典型应用举例

1）冷挤压冲头、重载冷镦冲头、厚度为10～25mm的中厚钢板冲孔冲头以及直径＜5～6mm的小冲头。

2）汽车软管锌合金接头八角模冲头，要求硬度为58～62HRC。原采用Cr12MoV钢制作的模具使用寿命很短，往往不到0.2万件就断裂；把冲头材料换成20Cr钢并经渗碳淬火处理后，渗层深度达1.0～1.2mm，硬度为60～62HRC，使用寿命提高到3万件。

3）经渗碳+淬火+回火处理的方接头打方模，使用寿命可达8万件，解决了原来使用Cr12MoV钢使用寿命较低的问题。

4）经低碳马氏体淬火处理后，得到强韧性较高的低碳马氏体组织，可代替中碳钢调质处理或低碳钢渗碳、渗氮处理，适于制作各种塑料模具，可显著缩短模具制作周期，降低制作成本，提高使用寿命。

5）该钢也是典型的渗碳钢，可用于制作塑料模具。

6）用于中、小模具精度要求不高，受力不大，生产批量小的模具。

7）用于受磨损较大、受载荷较大、生产批量较大的塑料模具。