温度 ／℃
８５０￣１１００
６５０￣８５０ １５ ３０
油淬
１００￣５００
６０
空冷
时间 ／ｍｉｎ 图 １ Ｃｒ１２ 真空热处理工艺 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｖａｃｕｕｍ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｃｒ１２ ｓｔｅｅｌ
２ 实验结果与分析
收 稿 日 期： ２００７－０９－１４ 作者简介：陈勇（１９７５－），男， 江苏盐城人，工程师，硕士研究生；
ａｎｄ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｃｒ１２ ｓｔｅｅｌ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄｅｇｒｅｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｏｒｄｉｎａｒｙ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｖａｃｕｕｍ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｗａｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｖａｃｕｕｍ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ａｔ １ ０００℃ ａｎｄ ５０ ｋＰａ ｖａｃｕｉｔｙ， ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ｉｎ ｏｉｌ．
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ｃｒ１２ ｓｔｅｅｌ； ｖａｃｕｕｍ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ； ｈａｒｄｎｅｓｓ； ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ
Ｃｒｌ２ 钢是目前国内广泛使用的冷作模具钢之 一。该钢具有淬透性好、硬度高且耐磨、热处理变 形小等优点， 常用于制作承受重负荷、生产批量 大、形状复杂的冷作模具， 如冷冲、压印、冷镦、冷 挤压模等。但该钢的显著缺点是脆性大， 常常导 致模具的早期失效。模具失效分析表明， 热处理 因素影响最大， 约占 ５０％［１］。真空热处理具有防止 加热氧化和不脱碳的特点， 同时由于真空热处理 可以有效地控制加热和冷却速率， 与普通热处理 相比， 零件或工件变形较小［２］。真空热处理在使材 料具有相同强度和硬度的前提下， 能显著提高材 料的韧性， 大幅度提高模具的寿命。鉴于此， 本文 对 Ｃｒ１２ 钢真空热处理工艺进行了初步探索。
真空烧结炉， 它是兼有油冷和加压气冷功能的双 室式真空热处理设备。
将 !１６ ｍｍ ×１５ ｍｍ 的同一组试样分别加热到 ８５０、９００、９５０、１０００、１０５０ 和 １１００℃进行真空油淬 （油温 ４０ ℃， 冷室真空度 １０２ Ｐａ）。测量各个温度下试 样的硬度值， 根据硬度值找出最佳淬火温度。根据最 佳淬火温度， 在不同的油温下淬火， 再测量硬度， 找 出最佳油温。在最佳淬火温度、最佳油温下研究冷室 真空度对材料的影响。具体热处理工艺见图 １。
１ 实验材料及方法
１．１ 实验用料 实验所用材料为 Ｃｒ１２ 钢， 其化学成分（质量分
数， ％）为：２．３２Ｃ， ０．８２Ｓｉ， ０．７３Ｍｎ， ０．０５２Ｓ， ０．０９７Ｐ， １２．６２Ｃｒ， ０．１７Ｎｉ， ０．６２Ｍｏ。
１．２ 处理设备及热处理工艺 采用北京机电研究所生产的 ＷＺＳ－２０ 型双室
温（４０ ℃）进行真空热处理实验。对三组试样进行
硬度测试， 结果见表 ３。
表 ３ 冷室真空度对材料硬度的影响 Ｔａｂ． ３ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｖａｃｕｕｍ ｄｅｇｒ ｅｅ ｏｎ ｔｈｅ
ｈａｒ ｄｎｅｓｓ ｏｆ Ｃｒ １２ ｓｔｅｅｌ
真空度 ／ｋＰａ
３０
硬 度（ＨＲＣ）
６７
５０
１００
６７．５
６７
实践证明： 对某些低淬透性钢， 若将气压增至 大气压以上， 将可以获得更高的冷速。这是由于淬 火时蒸汽膜进一步变薄了， 缩短了传热慢的蒸汽 膜阶段［３］。由于 Ｃｒ１２ 的淬透性较好， 由表 ３ 可知， 冷室真空度对 Ｃｒ１２ 钢的硬度影响不大。 ２．４ 回火温度对材料性能的影响
电 话 ：１３８１２４５１９２８； Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｙｏｎｇｓｈａｎｅ＠１２６．ｃｏｍ
２．１ 真空淬火温度对材料硬度的影响 不同淬火温度下的硬度值如表 １ 所示。可看
出， 随淬火温度升高， 硬度逐渐增大， 当淬火温度 达到 １ ０００ ℃时， 随淬火温度的升高， 硬度逐渐下
《热加工工艺》２００８ 年第 ３７ 卷第 ４ 期
文章编号： １００１－３８１４（２００８）０４－００７７－０２
Ｒｅｓｅａｒ ｃｈ ｏｎ Ｖａｃｕｕｍ Ｈｅａｔ Ｔｒ ｅａｔｍｅｎｔ Ｐｒ ｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｃｒ １２ Ｓｔｅｅｌ
ＣＨＥＮ Ｙｏｎｇ， ＷＡＮＧ Ｈａｉｌｏｎｇ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ ２１２００３， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｖａｃｕｕｍ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｃｏｏｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ， ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ｏｉｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
到沉积层的结果。依据 Ｆｅ－Ｃｒ－Ｃ 相图， 结合能谱、衍 射和维氏硬度曲线可知， 在基体内 ６￣１０ μｍ， 形成了 铬 在 α－Ｆｅ 中 的 固 溶 体 和 铬 的 碳 化 物 ； 而 在 １０￣ ２５ μｍ， 因铬含量低， 只形成铬在铁中的固溶 体 。
３ 结论
（１） 碳素工具钢在 ５８０ ℃低温状态下， 利用双 辉等离子渗铬， 能够获得良好的含铬渗镀层。
由 图 ４ 可 看 出 ， 表 层 主 要 由 Ｆｅ、Ｆｅ－Ｃｒ 及 Ｃｒ７Ｃ３ 及 Ｃｒ２３Ｃ６ 等组成。对铬源极的 Ｘ 射线衍射表 明， 铬丝的物相为 Ｆｅ－Ｃｒ 固溶体和 Ｃｒ 的混合物。显 然表层中铬碳化物的形成是基体内的碳原子扩散
Ｆｅ Ｆｅ－Ｃｒ Ｃｒ２３Ｃ６ Ｃｒ７Ｃ３
ＣＰＳ!
２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０ ２θ／（°）
表 ２ 油温对 Ｃｒ １２ 硬度的影响 Ｔａｂ． ２ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ｏｉｌ ｔｅｍｐｅｒ ａｔｕｒ ｅ ｏｎ
ｔｈｅ ｈａｒ ｄｎｅｓｓ ｏｆ Ｃｒ １２ ｓｔｅｅｌ
油温 ／℃
３０
４０
６０
８０
硬 度（ＨＲＣ）
６６
６７
６８
６７．５
真空淬火油应在（３０～４０） ℃～８０ ℃使用。温
８００
Ｈａｒｄｎｅｓｓ（ＨＶ）
６００
４００
２００ ０
５
１０
１５ ２０
２５
Ｄｉｓｔａｎｃｅ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ／μｍ
图 ３ 渗铬硬化层的硬度分布
Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈｒｏｍｉｚｅｄ ｌａｙｅｒ
体硬度 ２５０ ＨＶ 左右。 ２．４ 渗镀层的相组成
６０
５９．１７
９００
６３．５
６３．５
６２
６３
９５０
６８
６６
６８
６７．３
１０００
６７．５
６８．５
６８
６８
１０５０
６７
６６
６６．５
６６．５
１１００
６２
６３
６２．５
６２．５
降。淬火温度低于 １ ０００ ℃时， 随温度升高， 因奥氏
体中合金元素和碳的溶入量的增多， 淬火后马氏
体中碳含量增高， 因此硬度增高； 当淬火温度高于
工艺对 Ｃｒ１２ 钢组织和性能的影响， 并且对普通热处理和真空热处理条件下钢的变形量进行对比。结果表明， 经
１ ０００ ℃真空加热、５０ ｋＰａ 气压下油淬， Ｃｒ１２ 钢具有良好的综合性能、变形小、无氧化、脱碳。
关键词： Ｃｒ１２； 真空热处理； 硬度； 变形
中图分类号： ＴＧ１５６．９９
文献标识码： Ａ
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材料热处理技术 Ｍａｔｅｒｉａｌ ＆ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
２００８ 年 ２ 月
表 １ 不同温度淬火后硬度（ＨＶ） Ｔａｂ． １ Ｔｈｅ ｈａｒ ｄｎｅｓｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒ ｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒ ａｔｕｒ ｅ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ
温度 ／℃ 第 １ 点
第２点
第３点
平均值
８５０
５８
５９．５
图 ３ 回火温度对冲击韧度的影响 Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ
ｉｍｐａｃｔ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ
２．６ 金相分析 Ｃｒ１２ 钢热处理的试样抛光后用 ３％￣５％硝酸
酒精腐蚀， 在金相显微镜下进行组织观察及照相 （见图 ４）。 由于铬含量高， 导热性差， 淬火时应进 行预热。这种钢在淬火后可得到与高速钢相似的 组织， 但淬火后马氏体不易浸蚀， 呈白色隐针状， 与基体中的残留奥氏体很难区别， 但晶界颇为明 显［４］。 ２．７ 真空热处理与普通热处理变形量的对比
度过低时， 油的黏度大， 冷却速度低， 淬火后的工 件硬度不均， 表面不光亮［３］。从表 ２ 可知， 油温 对
Ｃｒ１２ 硬度的影响不是很大。故规定油温为 ４０ ℃。
２．３ 冷室真空度对 Ｃｒ １２ 硬度的影响
实验中， 采用向冷室填充纯氮气至 ３０、５０ 和
Hale Waihona Puke １００ ｋＰａ， 选用前面实验的加热温度（１ ０００ ℃）和油
经热处理后的冷作模具， 或多或少地存在变 形。在热处理前将 !１６ ｍｍ ×１８０ ｍｍ 圆棒经磨床 磨外圆后用 Ｖ 型铁支撑两端， 并用（下转第 ８１ 页）
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Ｈｏｔ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２００８， Ｖｏｌ．３７， Ｎｏ． ４
下半月出版
Ｍａｔｅｒｉａｌ ＆ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ 材料热处理技术
图 ４ 渗镀层的 Ｘ 射线衍射图谱 Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ Ｘ－ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｕｍｓ ｏｆ ｃｈｒｏｍｉｚｅｄ ｌａｙｅｒ