高铬微变形冷作模具钢Cr12系列钢的化学成分特点与共晶碳化物

高铬微变形冷作模具钢主要是Cr12系列的钢种，国产Cr12系列的钢种包括：Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1、Cr12V、Cr12Mo、Cr12W几个钢种，进口Cr12系列的钢种包括：日本JIS标准的SKD1、SKD2、SKD11、美国AISI标准的D2、D3、D4、D6、德国DIN标准的1.2379、1.2436、1.2080等，东莞弘超销售的Cr12系列的钢种包括：日本日立模具钢SLD、CRD、日本大同模具钢DC1、DC2、DC3、DC5、DC8、DC11、瑞典一胜百模具钢XW-42、XW-5、瑞典乌德霍姆工具钢SVERKER-21、SVERKER-3、德国葛利兹模具钢W.1.2080、W.1.2085、W.1.2379、意大利鲁奇尼模具钢KEYLOS2379等。Cr12系列钢种是经常用于制造高耐磨、微变形、高负荷下服役的冷加工用模具和工具用钢，尤以Cr12和Cr12MoV应用最广，其中以Cr12Mo1V1钢综合性能最好。铬能使钢有很高的淬透性，是形成M7C3型碳化物的主要元素，也是促成碳化物不均匀分布的主要元素。加入钼、钒能进一步提高钢的淬透性，细化晶粒和共晶碳化物，改善韧性，提高回火稳定性。Cr12Mo1V1钢中含碳量比Cr12钢低，又因加入了钼和钒，因此其碳化物数量、粒度、形态、不均匀程度都比Cr12钢有较大的改善，从而韧性得到明显提高。
高铬微变形冷作模具钢是一种高合金冷作模具钢，在弘超模具钢产品系列里称为高合金高耐磨冷作模具钢，是莱氏体钢，组织中有大量共晶碳化物，淬火后有大量残留奥氏体，热处理变形小，耐磨性高，承载力大。高铬钢中共晶碳化物较多，因此耐磨性好，韧性差。
Cr12系列钢种的钢号和化学成分如下表所示：

因为Cr12系列钢中都含有大量共晶碳化物，因此又称为莱氏体钢。铬大部分集中在似M7C3型共晶碳化物中，它的硬度在1800~2800HV之间，既能阻止晶粒长大，又是钢的耐磨性特别高的原因。部分铬和合金元素溶于基体中，可提高钢的淬透性和回火稳定性。通过淬火加热温度的调节，可以控制合金元素的溶解量，从而影响淬火后钢中残留奥氏体量的多少，使模具达到微变形，甚至不变形。高铬钢工模具在服役过程中会由于摩擦而升温，在工模具表面形成Cr2O3薄膜，它既能提高工模具表面的抗氧化、抗腐蚀性能，同时还能降低表面的摩擦系数，起到润滑作用。 高碳高铬钢中含有大量共晶碳化物，淬火后碳化物总残留量仍可达13%~20%(体积分数)。碳化物的膨胀系数比基体组织小30%左右，加热时它阻止基体膨胀，冷却时又阻止基体收缩，因此定向分布的大量碳化物会引起工件在热处理时的不均匀变形。工件淬火后，沿轧制方向的纵向伸长量大，横向伸长量小，甚至会收缩。带圆孔工件淬火后可能出现椭圆度。力学性能也呈各向异性，对于碳化物不均匀度高的钢材，横向抗弯强度将比纵向要低30%~40%,塑性可能要低30%~50%。碳化物堆集处大约在1155℃左右就可能出现液相，因此热加工时过热、过烧现象时有发生。碳化物堆集和粗大的角状碳化物，特别是Cr12钢中的共晶碳化物块度大而棱角锋利，是引起模具崩角和脆裂的重要原因。综上所述，本钢系各钢种中的共晶碳化物的形态、粒度及其不均匀分布，是影响本钢系材料使用的最棘手的质量问题。弘超技术中心研究表明，采用热加工工艺，改善共晶碳化物的形态、粒度和分布，是今后开展工艺研究的主攻方向。 Cr12系列钢种正常淬火回火后的残留奥氏体量可达10%~40%(体积分数)。残留奥氏体量的多少与工件变形量密切相关，因此针对不同要求，改变热处理工艺，可以满足生产上的不同需求。

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