Cr12Mo1V1鋼制塔盤沖孔模具制造

鞠小虎?高利和?里楊

摘要：CR12MO1V1鋼是目前國(guó)內(nèi)廣泛使用的冷作模具鋼常用材料之一。該鋼屬于高耐磨微變形冷作模具鋼，其特點(diǎn)是具有高的耐磨性、淬透性、微變形、高熱穩(wěn)定性、高抗彎強(qiáng)度，僅次于高速鋼，是沖模、冷鐓模等的重要材料。該鋼雖然強(qiáng)度、硬度高，耐磨性好，但其韌度較差，用其制做模具時(shí)對(duì)機(jī)加工工藝和熱處理工藝要求較高。

關(guān)鍵詞：CR12MO1V1鋼;熱處理;機(jī)加

近年，接到公司一設(shè)備C5001A塔盤沖孔任務(wù)。在沖孔模具選材上，綜合考慮沖孔效率、模具耐用性等方面，最終選擇CR12MO1V1鋼材作為沖孔模具制造材料。該CR12MO1V1鋼經(jīng)強(qiáng)韌化熱處理后，經(jīng)實(shí)際操作，滿足了工件生產(chǎn)要求。

該模具雖然加工方式比較簡(jiǎn)單，但由于沖孔數(shù)量校多，如果模具耐磨性、韌性差，在生產(chǎn)過程中模具出現(xiàn)問題時(shí)候重新裝卸就會(huì)很繁瑣，難以保證工作效率，更談不上保證工期了。

一、對(duì)CR12MO1V1鋼材沖孔模具熱處理的控制

在CR12MO1V1鋼制造沖孔模具熱處理方面，主要結(jié)合材料原始成分控制、材料原始組織、工藝流程（毛邊處理）、熱處理工藝、如果有開裂則必須保留端口開裂照片及試樣等方面對(duì)模具熱處理加以控制。

當(dāng)模具熱處理后硬度達(dá)到HRC60時(shí)，在生產(chǎn)實(shí)踐中容易出現(xiàn)模具開裂現(xiàn)象。開裂的原因很多，如果出現(xiàn)工件一淬火后就直接開裂的現(xiàn)象則一般是結(jié)合以下幾點(diǎn)對(duì)開裂原因進(jìn)行分析：

a）材料供應(yīng)選錯(cuò)致熱處理工藝不合適，故應(yīng)嚴(yán)格掌控材料供應(yīng)質(zhì)量關(guān);

b）冷卻不當(dāng)，在Ms溫度以下快冷，應(yīng)力過大;

c）工件截面尺寸相差太大，或孔洞很多，或有應(yīng)力集中的地方，故此嚴(yán)格控制模具加工精度及表面粗糙度;

d）淬火加熱溫度過高，晶粒粗大，脆性大。過燒時(shí)晶界氧化或熔化;

e）工件沒有預(yù)熱，加熱速度過大引起加熱開裂;

f）原始組織不良，原材料存在網(wǎng)狀共晶碳化物或球化退火不良，或原材料有顯微裂紋，淬火時(shí)裂紋擴(kuò)大開裂。結(jié)合實(shí)踐，CR12MO1V1鋼碳化物級(jí)別應(yīng)不大于2級(jí);

g）重復(fù)淬火前未進(jìn)行中間退火;

h）淬火后未及時(shí)回火;

二、試驗(yàn)結(jié)果

以下兩表為不同試驗(yàn)淬火和回火溫度對(duì)CR12MO1V1鋼材的影響。

從表中可以看出CR12MO1V1鋼采用中淬火溫度（1025-1030℃）（即正常淬火）提高了基體的碳濃度，合金碳化物也進(jìn)一步熔解，硬度達(dá)最高值，同時(shí)殘留奧氏體量也上升到近40%。淬火硬度在HRC62-63左右。淬火后可以在180-200℃低溫回火，獲得最高的硬度和最佳的耐磨性，但韌性稍低，不能在重負(fù)荷的冷沖模中使用。

在中淬火溫度淬火后也可以在380-400℃回火，但硬度將下降到HRC58左右，可獲得最佳的強(qiáng)韌性配合并明顯提高冷鍛模的斷裂抗力，但耐磨性下降。Cr12Mo1V1鋼超過1050℃以上溫度淬火（即高淬）均屬于高淬火溫度淬火。淬火后的殘留奧氏體量也急劇上升到40-60%，由于殘留奧氏體量增加，淬火硬度降低至HRC55左右。

高溫回火（520-540℃）后，一定要進(jìn)行三次回火。另外，隨著淬火溫度的升高，鋼中晶粒度迅速長(zhǎng)大，1080℃晶粒度長(zhǎng)至9級(jí)，1150℃甚至長(zhǎng)至7-8級(jí)。淬火溫度提高碳化物數(shù)量（體積分?jǐn)?shù)）減少，所以韌性強(qiáng)度降低，耐磨性也有所降低，但紅硬性提高。高溫回火后的硬度也可達(dá)到HRC62以上。

工藝最終確定采用1020℃淬火，250℃回火為常規(guī)工藝參數(shù)，并以此作為強(qiáng)韌化熱處理工藝基礎(chǔ)，工藝如下：

850℃預(yù)熱—1050℃加熱—620℃分級(jí)，時(shí)間一般在2—3分鐘—油冷冷卻至200度左右—（也可260度貝氏體等溫）—250℃回火2—3次，每次2小時(shí)。

硬度綜合控制在58—61HRC左右。

三、對(duì)模具機(jī)加工方面的其它要求

模具先由普通機(jī)床加工出坯件，再由線切割完成模具刃口或型腔加工。線切割加工需要注意的問題是線切割中的工件變形與加工表面應(yīng)力的改變。工件經(jīng)熱處理淬硬后進(jìn)行線切割時(shí)，破壞了材料的內(nèi)部殘留應(yīng)力的相對(duì)平衡狀態(tài)，殘留應(yīng)力引起的變形不但影響工件的加工尺寸。局部的高應(yīng)力還可能造成材料產(chǎn)生裂紋甚至開裂而報(bào)廢。

線切割加工后，模具表面的殘留拉應(yīng)力作用深度有限，不會(huì)使模具整體開裂，即線切割加工后模具表面的殘留拉應(yīng)力不會(huì)是引起模具開裂的主要原因。但是模具的使用壽命不僅與基體的強(qiáng)韌度有關(guān)，而且與模具工作表面的組織、顯微裂紋和殘留應(yīng)力的分布有密切的關(guān)系。目前，為減少線切割加工過程對(duì)模具壽命的影響，主要采取如下措施：

（一）預(yù)開工藝腔

對(duì)于硬度要求較高、型腔幾何形狀復(fù)雜的凸、凹模，可在工件熱處理淬火前先機(jī)加工成型孔，適當(dāng)留下加工余量，預(yù)留穿絲工藝孔。改變內(nèi)應(yīng)力分布，有效防止線切割時(shí)開裂，根據(jù)模具形狀，盡量將工藝孔加大，也有利于內(nèi)應(yīng)力的釋放。

（二）改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，避免凹角

將凹角改為圓弧過渡，會(huì)消除熱處理時(shí)應(yīng)力集中的現(xiàn)象，消除了淬火隱性裂紋，防止線切割時(shí)裂紋的產(chǎn)生。

（三）合理選用線切割加工工藝參數(shù)

在滿足一定生產(chǎn)效率的前提下。盡可能采用低電流、低切割速度、小脈寬和低線速，可以有效減小線切割時(shí)的應(yīng)力，防止裂紋的產(chǎn)生。

（四）補(bǔ)充回火

在線切割后立即進(jìn)行補(bǔ)充回火，一方面消除線切割過程中形成的附加應(yīng)力，同時(shí)也改善線切割表層的白亮組織。補(bǔ)充回火溫度可低于模具回火溫度20～40℃，回火時(shí)間一般為3～5 h。對(duì)防止線切割模具在存放或使用中開裂、保持模具日后使用中尺寸的穩(wěn)定性和使用壽命都極有好處。

四、結(jié)束語(yǔ)

對(duì)CR12MO1V1鋼制模具在熱處理及機(jī)加工藝方面進(jìn)行了工藝研究，經(jīng)生產(chǎn)應(yīng)用表明，其良好的強(qiáng)韌性對(duì)提高模具壽命起到了較明顯后果，結(jié)合實(shí)際操作，該磨具在沖孔1000件左右時(shí)，沒有出現(xiàn)斷裂，毛邊、沖孔尺寸超差等現(xiàn)象，提高了工作效率，滿足了工期。

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作者簡(jiǎn)介：

鞠小虎（1985.11.08—），男，遼陽(yáng)石油化纖公司建修公司，工程師。

作者單位：中國(guó)石油遼陽(yáng)石油化纖公司建修公司