高铬工具钢由于含有大量的合金元素，淬火后的组织特点是含有大量的残留奥氏体，有时残留奥氏体量的体积分数高达80%以上。高铬工具钢淬火后的组织由马氏体、残留奥氏体和未溶碳化物组成。表3-9列出了D2钢（相当于Cr12MoV1）油冷淬火后的相组成，由表3-9可见，伴随奥氏体化温度由1900℉（1037℃）升高到2100℉（1149℃），马氏体含量不断下降，体积分数由最高的79%减少到2%；残留奥氏体的体积分数由7%升高到88%；未溶碳化物的体积分数由14%减少到10%。
表3-9 D2钢（相当于Cr12MoV1）油冷淬火后的相组成
高铬工具钢属于高淬透性工具钢，可以进行油冷淬火，也可以进行空冷淬火。图3-18所示为Cr12Mo钢在900～1150℃加热后在油中冷却和在空气中冷却时的硬度值和残留奥氏体量随淬火温度变化情况，可见Cr12Mo钢在1000℃以上温度加热后在油中和空气中淬火后的硬度大体上是相同的，并且残留奥氏体量也相近。通常高铬工具钢的淬火冷却介质采用油或400～500℃的熔盐，也可以空冷淬火。
图3-18 冷却介质对Cr12Mo钢淬火硬度与残留奥氏体量的影响
注：曲线1为油冷；曲线2为空冷。
图3-19 Cr12MoV钢的碳化物数量和奥氏体铬含量与淬火温度的关系
高铬工具钢在淬火加热过程中，随着淬火加热温度的升高，碳化物逐渐溶入奥氏体中，碳化物数量不断减少；奥氏体中含铬量不断升高。如图3-19所示，Cr12MoV钢，当淬火加热温度由950℃升高到1200℃时，碳化物的体积分数由16%减少到5%以下；奥氏体中铬的质量分数由4%增加到10%左右。
高碳高铬工具钢淬火时有部分碳化物溶入奥氏体，但淬火后仍有部分碳化物未溶入奥氏体，保留下来；同时，淬火后奥氏体转变成马氏体，但仍有部分奥氏体未转变，成为残留奥氏体，因此高碳高铬工具钢淬火后的组织为马氏体+残留奥氏体+未溶碳化物。淬火加热温度越高，残留奥氏体越多，残留的未溶碳化物越少。淬火加热温度对Cr12Mo钢金相组织的影响如图3-20所示。由图3-20可见，淬火温度越高，残留碳化物越少。
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图3-20 淬火加热温度对Cr12Mo钢金相组织的影响（500×）
a）950℃ b）1050℃ c）1150℃
高铬工具钢的淬火温度有两种选择，即采用950～1050℃的较低加热温度和采用1110～1170℃的较高加热温度。低温加热淬火时淬火后硬度较高，但伴随回火温度的升高硬度不断下降。高温加热淬火后硬度较低，但伴随回火温度的升高硬度升高，并且在510℃左右有一个硬度峰值。
图3-21比较了950℃的低温淬火（图中实线）和1130℃高温淬火（图中虚线）时，淬火和回火后的硬度和残留奥氏体数量伴随回火温度升高变化情况。高温淬火时淬火硬度低，不到45HRC；低温淬火的淬火硬度高，约为64HRC。高温淬火的残留奥氏体数量多，达到90%多；低温淬火时残留奥氏体量少，低于45%。低温淬火时硬度伴随回火温度的升高，一直下降；高温淬火时回火时有二次硬化现象，在510℃左右回火时有硬度峰值，达到60HRC以上。二次硬化现象的产生是由于高温淬火时产生大量残留奥氏体，在500℃以上回火时有大量细小弥散的碳化物从马氏体中析出和回火冷却时残留奥氏体转变成马氏体的结果。
Cr12Mo钢的强度与淬火温度和回火温度的关系如图3-22所示，伴随淬火温度的升高，淬火后的强度和回火后的强度都不断下降。
高铬工具钢的淬火加热介质对淬火后的硬度有较大的影响。如图3-23所示，Cr12MoV钢装箱加热油淬比空气中加热油淬和空气中加热空冷有更高的淬火硬度。采用真空炉热处理之前，我国对Cr12MoV钢制的滚丝轮多采用铸铁屑和木炭装箱加热，这种加热有轻微渗碳作用，因此淬火后的硬度更高，这对提高工具的耐磨性有好处。
图3-21 Cr12Mo钢的硬度和残留奥氏体量与淬火温度和回火温度的关系
注：实线淬火温度为950℃，虚线淬火温度为1130℃。
图3-22 Cr12Mo钢淬火和回火的强度与淬火温度的关系
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