Cr12钢材

LIUJIN2008 · 发表于 2009-3-5 10:43:33

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我公司用的铬钢模经常发生爆裂,有什么方法可以分析因原,是材料质量问题、锻打质量问题、,还是热处理问题、好难分析。我本人分析材料问题是主因，请问什么厂生产的Cr12钢材质量较好的。

tongyunqian1 · 发表于 2009-3-5 13:35:53

我估计是热处理时候有问题，还有就是在炼钢时候也有问题，导致脆性增加，炼钢时候脱磷可能没达到要求。
低温状态下使用的低碳钢或低合金钢中，增加含碳量将增加钢的脆性。元素磷可强烈增加钢的脆性，特别是低温脆性。某些淬火的合金钢（如Cr-Ni钢、Si-Mn钢等）在450~650℃回火后缓冷，韧性显著下降的高温回火脆性。钢的组织中出现石墨以后，使钢的强度及塑性降低，引起石墨化脆性。大部分碳钢加热到约300℃冷加工时，由于加工硬化和应变时效的同时作用使钢出现塑性下降和强度升高的蓝脆现象。渗碳层中渗碳体沿晶界分布形成网状骨架时，调质钢中沿晶界析出氮化铝薄片，钢材过热及过烧后，铬镍奥氏体不锈钢的σ相析出时，都使冲击韧性急剧下降，增大钢的脆性。某些杂质元素沿晶界富集引起的沿晶断裂等，产生这种晶间断裂的原因有晶界上存在脆性沉淀相，晶间弱化，晶界与环境相互作用，导致晶界脆化或沿晶界优先腐蚀等。

guoshihai21 · 发表于 2009-3-5 15:22:45

抚顺特钢生产的还不错

hxg168 · 发表于 2009-3-6 13:50:06

摘要：本文研究了Cr12钢制造冷冲模的热处理工艺；在制造DG41硅钢片冷冲模中得到有效的应用，这种热处理工艺可作为一般冷冲模热处理问题的解决措施。
　　DG41硅钢片制品是用于8000HZ或2500HZ中频感应热处理施感体的导磁体，对于中频感应加热设备的用户来说，采用冲压工艺制造DG41硅钢片导磁体是一种较好的方法。冲制这种硅钢片需制造下料冷冲模，提高硅钢片冷冲模的寿命对提高零件热处理质量和缩短生产周期极为重要。本文主要研究了Cr12钢制硅钢片冷冲模的热处理工艺，采用这种热处理工艺提高了冷冲模的寿命，同时制造过程既经济，又合理、实用，是一般冷冲模最佳热处理工艺。
　　1 Cr12模具钢的性能
　　硅钢片冷冲模采用Cr12钢制造。Cr12钢是一种高碳、高铬的莱氏体钢，具有大量的游离碳化物。在退火状态其碳化物可多达28%，在淬火、回火状态其游离碳化物也多达21%。钢中的Cr大部分形成碳化物，只有极少部分固溶于基体中。当淬火温度为950°C时，基体中碳含量为0.5%，铬含量约为4%[1]。
　　Cr12钢中碳化物为M7C3型碳化物，维氏硬度为2100HV，因此其耐磨性较好。冲压性能高，脆性大。淬透性较Cr12MoV低。在实际使用该钢制造的冷冲模，如果冲压操作正确，韧性不成为模具的关键，而耐磨性直接决定模具的寿命。
　　2冲模的工况及其磨损状况
　　图1所示为冲压DG41硅钢片导磁体冷冲模的凹模，图2所示为冲压DG41硅钢片导磁体冷冲模的凸模。硅钢片冲模在工作时，刃口部分承受着冲击力、剪切力和弯曲力，同时刃口部分又承受到制品的挤压和摩擦。硅钢片表面特有的涂层也加剧刃口磨损。冲模失效主要形式是刃口磨损。所以提高冲模寿命的关键是提高耐磨性。


图1所示为冲压DG41硅钢片导磁体冷冲模的凹模

图2所示为冲压DG41硅钢片导磁体冷冲模的凸模

　　凸模刃口磨损情况分为三种磨损情况：(1)主体刃口磨损，其表面呈粗糙的伤迹;(2)刃口侧面线性刮伤，其磨损不大;(3)刃口的端面磨损呈研磨状态，磨损量也甚微。因此提高模具的寿命就是着力减少冲模的上述第一种磨损[2]。提高冲模硬度和增加碳化物硬度且分布的均匀性是提高其耐磨性和降低第一种磨损最为有效的途径。

　　DG41硅钢片冷冲模技术要求是淬火HRC62—64。硬度较高，热处理工艺工作就是保证上述硬度的前提下，使冷冲模有较好的强度和韧性，以及较长的寿命。

　　3. 热处理对Cr12钢组织和性能的影响

　　3.1 淬火工艺的影响

　　淬火是冷冲模热处理的关键工序，对冷冲模的质量有着非常密切的关系。在淬火过程中要考虑加热方式、升温方式、淬火温度、保温时间、冷却方法以及变形等多种因素的影响。

　　为了防止氧化，热处理设备选用盐浴炉。Cr12钢是一种高碳高铬合金钢，其导热性较差，易形成温差应力，巨大的热应力有造成变形开裂的危险，因此我们采用480—500°C;800--850°C两次预热，然后随炉升温至淬火温度。通过多年生产实践均未发现质量问题。

　　3.1.1淬火温度

　　Cr12钢的临界点：AC1为810°C，Ar1为760°C。图3为含铬12%钢的截面相图。共

图3含铬12%钢的截面相图

　　析点含碳为0.35%。当淬火温度超过AC1时，钢的组织为奥氏体与碳化物共存，此时共析碳化物溶于奥氏体。其含碳量为0.35%，随着淬火温度的提高，含碳量不断提高，而淬火马氏体的含碳量取决高温奥氏体固溶的碳量，马氏体的硬度随含碳量的提高而不断提高，碳钢氏含碳量达0.8%以后硬度不再提高，Cr12钢也有相似的情况。碳量的提高一方面提高马氏体硬度，同时降低马氏体转变温度，使残余奥氏体量增加，使硬度降低。碳量是影响淬火硬度的两个相反因素，促使淬火温度对硬度的影响存在一个最大值，即在某一温度前马氏体硬化起主导作用，这一温度后，残余奥氏体增多，软化起主导作用。试验表明这一温度为1000℃。

　　图4为淬火温度对硬度、马氏体开始转变点，残余奥氏体量和晶粒度的影响。图5为淬火温度对硬度、抗弯强度和冲击韧性的影响(经200℃2小时回火)。图6为淬火后经520℃1小时2次回火时温度对硬度、抗弯强度和冲击韧性的影响。从图5、图6可知要保证达到

图4 淬火温度对硬度、马氏体开始转变点，残余奥氏体量和晶粒度的影响

　　HRC60以上同时又有较好的抗弯强度和冲击韧性，980-1000℃是Cr12最佳淬火温度。即图5阴影部分。

　　3.1.2保温时间

　　热处理工艺除温度外，保温时间也是至关重要。对过共析钢来讲，每一淬火温度都存在着一个与其相对应的碳化物量相平衡的奥氏体含碳量，由Acm点所决定的[3]。

图5 淬火温度对硬度、抗弯强度和冲击韧性的影响(经200℃2小时回火)

图6 淬火后经520℃1小时2次回火时温度对硬度、抗弯强度和冲击韧性的影响

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　　保温时间的确定既要考虑淬硬性，又要考虑淬透性，对于我们使用的小型模具保温时间按下式计算：保温时间t(min)=10+有效厚度(mm)/2

　　3.1.3淬火冷却方法

　　Cr12钢具有良好的淬透性。可以采用油冷或分级淬火。从现场及模具情况考虑，采用油冷。通过实践表明，环境温度对淬火硬度有影响，由于夏天室温高，所以冬天淬火后硬度比夏天淬火温度高1-2HRC。

　　3.2 回火工艺的影响

图7是回火温度对硬度、抗弯强度和冲击韧性的影响。从图7可知在高硬度的前提下，欲提高抗弯强度和冲击韧性，应采用180-220℃之间回火温度，即图7阴影部分。为了提高线切割工艺性，可采用370-380℃回火，此时温度略为降低，韧性、抗弯度略为提高，但热处理残余应力较200℃回火却有较大幅度的降低，而且组织比低温回火稳定。在450-520℃回火，出现明显的回火脆性，应该避免在此脆性温度范围内回火。另外Cr12冷冲模采用高温回火工艺是不适宜的。回火时间应尽量充分，防止残余奥氏体转变形成的应力而开裂。为了解决该钢的导热性差，以及淬火应力大的问题，我们制定了二次回火工艺，即第一次180-220℃1-2h,第二次采用同样温度2-3h。

　　4 DG41硅钢片冷冲模的热处理

图7是回火温度对硬度、抗弯强度和冲击韧性的影响

　　精密线切割机床在DG41硅钢片冲模制造过程中的应用，使制模工艺简化，生产效率提高。同时对材料和热处理也是提出了新的要求，国外这种模具大都选用CPM-10V(美国)，Vanadis10(欧洲)，DC53(日本)等新材料来制造硅钢片冷冲模。但价格昂贵达100-600多元/Kg。这些材料的价格为国内用户无法承受，而仍采用Cr12或CrMoV钢。对Cr12钢制冷冲模的热处理要点简述如下：

　　4.1 冷冲模制造时存在的问题

　　⑴碳化物不均匀度大，模具脆性增加，使用中经常产生崩刃甚至开裂;⑵淬油时，易产生淬火软点;⑶应力较大，易产生开裂。

　　4.2 解决措施

　　选择适宜的硬度要求。因为硬度对这类模具的寿命影响比较显著，把硬度定为62-64 HRC。延长奥氏体化的温度时间提高Cr12钢的淬透性。尽可能多地消除热处理应力并稳定组织，采用如前所述的二次回火工艺。根据Cr12钢淬火软点形成的特点，通过控制淬火油特性稳定，控制加热介质的流动性和洁净度，增加淬火油搅拌程度，均可防止淬火软点的产生。　　5 结论中国塑料模具网

　　硅钢片冷冲模在我国目前应用最多的还是Cr12钢，Cr12钢有很好的耐磨性，也适用于DG41硅钢片冷冲模。为了基本满足该磨具的要求，根据多年实践与研究，应采取一些相应的措施：

      ⑴淬火温度采用980-1000℃有较好的组织和性能。

　　⑵采用200-220℃二次回火，对防止开裂和变形有明显的效果。

　　⑶应控制淬火油的特性温度;冷却时的搅拌程度和持续时间，加热盐浴的流动性和脱氧捞渣程度，均能防止淬火硬度不足。

hxg168 · 发表于 2009-3-6 13:53:17

摘要：分析了Cr12钢冷冲模在工作过程中产生裂纹的原因，提出了优化锻造方法、防止裂纹产生的工艺措施。
关键词：冷冲模；裂纹；锻造工艺；优化

一、概述

Cr12钢是典型的冷作模具钢，广泛用于冷冲模、拉拔模、螺丝滚模等。

湘潭市家用电器厂吊风扇转子硅钢片冲模采用Cr12钢制成。该模具主要由凸凹模组成，安装在600kN的冲压成吊风扇转子片。

该模具设计硬度为58～62HRC，实际测得的硬度为60～62HRC，符合设计要求，在正常情况下，模具可冲制20万件以上。然而该模具上机后使用不到9000次，便产生由冲头带出凹模槽孔边崩块，下机后将模具刃磨，再次上机，崩块继续产生，并且在模具外缘出现裂纹，在继续冲制过程中，裂纹迅速扩展，不到2万次就形成了图1所示形状的裂纹，使模具失效而无法使用。
图1冷冲模的裂纹

二、冲模热处理与锻造生产工艺

1.热处理工艺

退火时，加热至850～870℃保温4h后，随炉冷至730～740℃，保温4～5h后，随炉冷至500℃出炉空冷。淬火加热至980℃保温后油淬，随后在180℃回火3h。

2.锻造工艺

锻造坯料选用φ120mm的轧材，在500kg的空气锤上进行，始锻温度为1050℃，终锻温度为820℃。

锻造生产时采用轴向镦拔法，即沿钢料的轴向，进行不变换方向的往复镦粗与拔长，其工艺过程如图2所示。
图2 轴向镦拔示意图

三、裂纹产生的机理分析

在裂纹的前端、中部和末端取样进行金相显微分析(其显微组织分别见图3、图4、图5)，发现材料显微组织不理想，粗细不匀的碳化物呈条带状分布。正是这种条带状分布的碳化物影响了材料的力学性能。首先条带状碳化物区是一个脆弱区，其强度很低，塑性韧性很差，不能承受大的冲击力，裂纹很容易从这里产生。其次裂纹一旦出现，又很容易沿着带状碳化物区扩展，因为该区脆性大，并且容易产生应力集中现象，所以这种带状碳化物区又是裂纹扩展的根源所在。这种裂纹的扩展是周期性的，当已产生的裂纹表面因滑移而变成疲劳裂纹时，裂纹的前端会变得重新尖锐，在下一次加载时又继续扩展。这样，不断加载、裂纹不断扩展，最后导致模具报废。
图3裂纹始端显微组织(×200) 图4裂纹中部显微组织(×200) 图5裂纹末端显微组织(×200)

出现这种带状碳化物的原因是因为Cr12钢属莱氏体钢，碳含量高，钢中含有大量合金碳化物，经轧钢厂轧制后，碳化物即成带状分布，且轧制后的型材直径越大，碳化物就越粗，带状分布就越严重。显然在模具制造过程中，锻造工序对改善带状组织起着决定性的作用。而热处理的淬火是采用一次硬化法(即低温淬火加低温回火)，在淬火加热温度下，大量碳化物不能溶于奥氏体，基本上保留了锻造后的分布特征。因此，热处理工艺无法消除带状组织。

分析锻造工艺可知：一是锻造设备吨位不够，二是锻造方法不合理。φ120mm直径的坯料，采用500kg的空气锤难以锻透，因为Cr12钢中含有大量的合金元素，变形温度高，变形抗力大，一般需选用相当于结构钢两倍吨位的锻锤来锻造。若锻锤吨位过小，打击力不够，变形只能发生在表面，中心部分的碳化物不能击碎。锻造方法采用轴向镦拔法，这种镦拔方式的主要缺点是端部开裂倾向大，在反复镦粗时，端面与砧面接触时间长，降温快，在拔长时易开裂(若此时产生的裂纹未发现，就有可能成为以后模具开裂的裂纹源)，而心部金属变形量小，心部组织没有多大改善，因此，心部组织的碳化物在锻造过程中未能重新分布，仍保留着轧制时分布的状态，这是造成模具开裂的根本原因。

四、锻造工艺的优化

1.选用合适的坯料直径和锻锤吨位

坯料直径越大，由于轧制时变形小，碳化物偏析越严重，碳化物颗粒也越粗大，因此将原来φ120mm的坯料改用φ80mm，以便得到原始碳化物分布较均匀的坯料。

原选用空气锤的吨位偏小，会使变形仅限于表面，内部碳化物得不到碎化，因此应适当加大空气锤吨位，可改用750kg空气锤，以便锻透，从而击碎中心碳化物。

2.采用多向镦拔法

多向镦拔法如图6所示，它是获得优质模具毛坯的一种较好的锻造方式，锻造变形均匀，易锻透，组织能得到全面改善，可使碳化物细碎且分布均匀，彻底消除了轧制时形成的带状组织。
图6 多向镦拔示意图

3.适当提高锻造比

适当提高锻造比，可使碳化物不均匀度级别降低，采用多向镦拔法，其总的镦拔次数应在6～8次。总锻造比不少于15。

4.避免锻造裂纹

锻打时不宜过重，以免锻造变形时产生锻造裂纹而形成裂纹源。要勤倒角，以避免温差和附加应力引起角裂。另外锻造时要仔细观察，如发现裂纹应及时铲除，以消除裂纹源。

hxg168 · 发表于 2009-3-6 13:57:41

依我的经验,应该是锻造的问题多些,,如果锻造没问题. 再找热处理的问题(尤其回火).

这两个问题都找了,应该问题就是原材料了.

好多时候,原因找了一堆,,结果出在原材料不合格上.

boy_make · 发表于 2009-7-6 10:10:55

只问一句：能做冷挤压用吗？

zhaobing7411 · 发表于 2009-8-11 16:34:02

热加工都很容易裂,冷挤不可能吧

zhaobing7411 · 发表于 2009-8-11 16:36:31

如果是锻打开裂,可能是你的加热制度或锻造变形制度有问题,如果是热处理,可能原材料表面质量有问题或冷却速度过快或冷却不均造成

zhoucq · 发表于 2009-8-23 21:50:07

Cr12系高碳高铬钢，冷作模具钢的极佳选材。开裂的主要原因可归结为两点，一是来料，一是加热温度

wwjxgz · 发表于 2009-8-24 08:13:00

仅从加热角度分析，Cr12为高碳高合金钢，导热性差，加热过程中易产生较大热应力，在相变时产生较大的组织应力，因此，锻打前加热时，一定要控制适当的入炉温度（冷锭≤500℃），在800～850℃前控制较慢的升温速度，并且在此温度区间设置一定的保温时间，可以最大限度地减少钢锭开裂。在淬火加热时，有条件最好能先对工件预热，升温中同样要控制较慢的升温速度，减少加热缺陷。

fgshrl · 发表于 2009-8-24 09:03:31

最主要的还是热处理的温度控制。

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