模具鋼的表面脆性開裂敏感性與其熱處理工藝有著密切的關(guān)系，主要取決于自身的硬度、殘留奧氏體量、力學(xué)性能數(shù)值等，因熱處理工藝對這幾種因素都不同程度的影響。
開裂敏感性是材料的一項(xiàng)重要力學(xué)性能，這種性能對硬度高、脆性大的材料尤其重要。上半年德松模具鋼委托第三方對表面化學(xué)熱處理后滲層的脆性，即：開裂敏感性進(jìn)行了一系列研究，例如對滲硼層表面脆性研究、對滲氮層表面脆性測量等，取得了不少重要結(jié)果。對于類似Cr12MoV模具鋼這樣硬度高、脆性亦大的工模具材料出現(xiàn)脆性開裂直至斷裂的失效問題相當(dāng)普遍?，F(xiàn)有檢測這類材料脆性開裂敏感性的方法較復(fù)雜、且分散性大。研究更為簡便有效的方法已成為目前高硬度、高脆性材料研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題。
用類似于檢測表面硬化層的方法檢測這類材料的開裂敏感性是我們研究的主要目的。本次主要針對硬度約60HRC的Cr12模具鋼研究經(jīng)不同熱處理工藝后材料表面開裂敏感性，并結(jié)合材料其他力學(xué)性能進(jìn)行分析討論。已有試驗(yàn)研究表明維氏硬度壓痕法是一種簡便易行的檢測工模具鋼表面開裂敏感性的方法，它對進(jìn)一步開展這類材料的研究有重要的理論和實(shí)用價(jià)值。
▇ 研究材料和方法
● 試驗(yàn)材料及熱處理工藝
試驗(yàn)用Cr12模具鋼化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（德松標(biāo)準(zhǔn)Cr12鋼的金速元素比）。熱處理工藝采用不同加熱溫度油淬后+冷處理( - 196 ℃) +200℃回火。本文僅討論淬火溫度分別為960℃、1000℃、1030℃、1060℃、1100℃的Cr12鋼熱處理后的表面開裂敏感性。
● 力學(xué)性能及殘留奧氏體測定方法
常規(guī)力學(xué)性能數(shù)據(jù)在Instron1255型萬能材料試驗(yàn)機(jī)上測得壓縮試樣10mm*20mm；彎曲試樣10mm*10mm*120mm，跨距100mm；沖擊試驗(yàn)用10mm*10mm*55mm無缺口試樣在UT10型沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。所有數(shù)據(jù)均取3～4個(gè)試樣的平均值。殘留奧氏體含量測定是在 D/ max rA 型X射線全自動衍射儀上進(jìn)行。
● 表面開裂敏感性檢測原理和方法
表面開裂測量方法和受力分析表面開裂敏感性檢測的方法用維氏硬度試驗(yàn)法，用一個(gè)相對面間夾角為136°的金剛石正四棱錐體壓頭在一定載荷下壓入被測金屬表面，經(jīng)規(guī)定的保持時(shí)間后卸除載荷，然后在光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡下觀測壓痕正方形邊界的組織形態(tài)變化。由受力分析可知，只有當(dāng)作用在邊界(特別是四方形邊角)的力大于材料局部區(qū)域開裂的門檻值時(shí)(它是由材料的屬性決定的)，就可能出現(xiàn)裂紋和破壞，從而就可以判斷材料在一定條件下的表面開裂敏感性和開裂抗力。
▇ 試驗(yàn)結(jié)果和分析
開裂檢測是在布洛維硬度計(jì)上進(jìn)行的，分別試用了5、10、15、20、30kg砝碼的載荷。試樣為15mm×10mm的金相試樣，試樣分別經(jīng)960℃、1000℃、1030℃、1060℃、1100℃淬火 +冷處理 ( -196℃) +200℃回火。先將試樣從粗磨到細(xì)磨直至機(jī)械拋光，然后用4 %硝酸酒精溶液侵蝕試樣，侵蝕程度適中，每個(gè)試樣分別用維氏硬度打3～5點(diǎn)。
● 殘留奧氏體量和硬度( HV) 與熱處理工藝的關(guān)系
淬火后200℃回火存在大量殘留奧氏體，隨淬火溫度升高而增加，在1100℃淬火得大部分殘留奧氏體(70 %)+殘余碳化物組織。經(jīng)冷處理可使部分殘留奧氏體轉(zhuǎn)變，殘留奧氏體含量明顯降低，例如1100℃淬火后經(jīng)冷處理殘留奧氏體含量從約70%下降到40%?？梢?a href="http://m.rydscg.cn/mujugangcai/lengzuomojugang/desong/cr12.html" target="_blank">Cr12模具鋼在1030℃以下溫度淬火后的硬度隨淬火溫度升高而增加，繼續(xù)提高淬火溫度由于增加了鋼中殘留奧氏體量使硬度下降。試驗(yàn)結(jié)果表明Cr12鋼在1000～1030℃淬火可獲得最高硬度值約820 HV 。
● 力學(xué)性能與熱處理工藝的關(guān)系
用在不同溫度淬火處理的Cr12鋼試樣測得的壓縮屈服強(qiáng)度σsc、彎曲強(qiáng)度，Cr12鋼的抗壓屈服強(qiáng)度隨淬火溫度的升高，與硬度有相同的變化趨勢，在1000～1030℃可獲得最高值。Cr12鋼的抗彎強(qiáng)度值隨淬火溫度升高而略有降低，Cr12鋼的沖擊功在1030℃以前增長趨勢緩慢，之后隨淬火溫度升高而增加。
● 表面開裂敏感性結(jié)果
測維氏硬度考查表面開裂敏感性的顯微形貌可以看出Cr12模具鋼在1000℃、1030℃淬火后冷處理+200℃回火后的開裂敏感性較大，看到維氏硬度壓痕對角線上有幾個(gè)裂紋，裂紋走向既有沿晶裂紋，也有穿晶裂紋，一些碳化物也產(chǎn)生開裂。而Cr12模具鋼在960℃以及1060℃、1100℃淬火處理的試樣表面開裂敏感性小，可以看到維氏硬度壓痕對角線完整無裂紋。用此方法測量整體材料與表面硬化層結(jié)果完全不同，后者因?yàn)楸砻媾c基體材料性質(zhì)不同，表面材料更脆而出現(xiàn)表面層粉碎性開裂，或者脫落現(xiàn)象。
▇ 分析
從以上結(jié)果綜合分析可以看出Cr12模具鋼的表面開裂性能與材料的組織密切聯(lián)系。殘留奧氏體量是隨淬火溫度的升高而增加，經(jīng)冷處理可使部分殘留奧氏體轉(zhuǎn)變，殘留奧氏體量明顯降低。Cr12模具鋼的硬度在1030℃以下溫度淬火，隨淬火溫度升高而增加，在1000～1030℃淬火可獲得最高硬度。Cr12模具鋼的抗壓屈服強(qiáng)度隨淬火溫度的升高與硬度有相同的變化趨勢。彎曲強(qiáng)度隨淬火溫度升高而略有降低，Cr12模具鋼的沖擊韌度值隨淬火溫度升高而增加，1030℃以前增加緩慢。從表面開裂敏感性試驗(yàn)結(jié)果可以看出開裂試樣分別是1000℃、1030℃，淬火后并200℃回火試樣，與其他3種工藝(分別是960℃、1060℃、1100℃淬火)未開裂試樣相比，可以得出開裂試樣的硬度值最高，殘留奧氏體量相對較低，彎曲強(qiáng)度值較低，這種狀態(tài)下試樣的脆性大，表面開裂敏感性也大。高硬度試樣的表面開裂變化規(guī)律與其硬度、抗壓強(qiáng)度及沖擊韌度值變化規(guī)律較好吻合，所以維氏硬度壓痕法可以作為檢測材料表面脆性開裂性能的一種新方法。
▇ 結(jié)論
Cr12模具鋼的表面脆性開裂敏感性與其熱處理工藝有著密切的關(guān)系，主要取決于自身的硬度、殘留奧氏體量、力學(xué)性能數(shù)值等，因熱處理工藝對這幾種因素都有影響，所以可以通過調(diào)整熱處理工藝控制Cr12模具鋼的開裂敏感性。
Cr12模具鋼在1000℃、1030℃溫度淬火后冷處理并200℃回火，其表面脆性開裂抗力小于在960℃、1060℃、1100℃淬火后冷處理并200℃回火，并且表面呈現(xiàn)穿晶裂紋或沿晶裂紋。維氏硬度壓痕法可以做為判斷Cr12模具鋼開裂敏感性的一種簡便易行的方法。
