Cr8型刃具钢热处理工艺优化

来源:金属材料及热处理作者:热处理网

20世纪80年代,国内外先后研制出Cr含量约8%的Cr8型冷作模具钢(简称Cr8钢),如BOHLERK340、K360、SDC99等。这类钢含铬约8%,加入Mo、V、Si等合金元素,其碳化物细小且分布均匀,广泛应用于耐冲击性模具、精加工模具以及刃具材料。

本试验材料为Cr8钢,在某企业用来作切割钢板的刃具。刃具在切削过程中,受到工件强烈的摩擦作用,需要相当高的硬度和耐磨性;同时刀刃承受弯曲、扭转、剪切和冲击等不同载荷,材料又需要足够的韧性。热处理工艺是获得优良性能的关键,本工作通过探讨淬火温度、回火温度、回火时间、回火次数及回火冷却方式对组织和性能的影响,在保证高硬度的条件下,提高该材料的韧性,从而延长其作为刃具的使用寿命。

试验材料为商用Cr8型刃具钢,使用移动式光谱仪(PMI-MASTERPRO)测得该材料的化学成分(质量分数,%)为:C0.508,Cr7.51,Mo2.42,Si0.732,V1.98,Mn0.290,Fe余量。试验材料的冶金工艺为:出厂状态—均匀化退火—球化退火热处理淬火+回火)。热处理工艺在箱式电阻炉中进行,淬火试样尺寸为10mm×10mm×15mm,淬火温度的选择为950~1200℃,在淬火温度下保温15min油淬,淬火组织用2%苦味酸盐酸酒精溶液腐蚀。对淬火钢进行200~600℃的回火试验,回火2h。选择热处理后硬度最高的淬火和回火温度,在保证高硬度的前提下,讨论回火时间、回火次数和回火冷却方式对硬度和冲击性能的影响。冲击试样采用无缺口试样,其尺寸为7mm×10mm×55mm。用日立SU-1500型扫描电镜观察显微组织,用洛氏硬度仪和冲击试验机测试硬度和冲击吸收能量,用18kWD/MAX2500V+/PC型X射线仪进行物相分析,并用X射线应力测试仪定量测定试样中残留奥氏体含量。结果表明:

(1)Cr8钢淬火组织为马氏体、残留奥氏体和碳化物。低温淬火得到板条马氏体,高温淬火得到针片状马氏体。

(2)随回火温度升高,低温淬火试样无二次硬化峰;而高温淬火试样在520℃左右回火时有明显的二次硬化峰,所以选1100℃淬火+520℃回火。

高温淬火高温回火试样随回火次数增加冲击吸收能量先降低后增加,且回火后油冷比空冷的硬度要高1~2HRC。最终热处理工艺为1100℃油淬+520℃×2h回火2次,油冷。(心远)