冷作模具用高碳铬钢的热处理工艺规范

在高碳铬钢中，模具钢Cr2和滚动轴承钢GCr15化学成分和性能基本相同，与碳素工具钢相比添加了一定量的铬，因此其淬透性、硬度和耐磨性都比碳素工具钢高，接触疲劳强度也高。且价廉易得，是经济型淬油淬水通用的冷作模具钢。其淬火临界直径D0。（油）=15～25rnm，D0（水）=30～50mm。

一般模具零件油淬或碱洛淬火趋缩；冲模型腔变形趋势是薄型趋涨。用硝盐浴或热油浴分级淬火，内孔趋涨，但变形量较小。Cr2钢模具零件壁厚≤25mm可用油淬，ø180mm以下的可用煤油或碱浴或盐水溶液淬硬。GCr15钢是滚动轴承专用钢，冶金质量比Cr钢高，在实际应用中，GCr15钢比Cr2钢应用普遍。下面主要介绍GCr15钢热处理工艺，Cr2钢与其基本相同，可参照执行。

(1)预备热处理 球化退火：缓慢加热到770～790℃奧氏化后(2～3h)，炉冷到680～700℃保温3～4h，然后炉冷至550℃以下出炉空冷，退火硬度≤229HBW。

若锻后组织中存在粗大的碳化物网，则球化退火无法消除，必须在球化退火前先进行正火热处理来消除。

正火温度930～950℃，工件内外达温后空冷，用于细化过热钢的晶粒和消除网状碳化物。

(2)淬火及回火  GCr15钢和一般高碳低合金模具钢一样，淬火加热温度太高，碳化物大量溶解并均匀化，阻止奥氏体晶粒长大的碳化物逐渐减少，晶粒粗化，淬火后会出现粗针马氏体组织，残留奥氏体增多，强度和韧性都达不到要求，而且模具易断裂；淬火加热温度太低，会使奥氏体中合金元素固溶量不足，油冷后会出现非马氏体组织，使硬度和强度下降。通过大量的实践应用表明，淬火加热温度应选择下列工艺规范最佳：

淬火加热温度：830～855℃，热油或硝盐分级冷却。

大截面工件或分级淬火时可以选择850℃以上加热。超细化处理的工件，淬火加热温度可适当降低20～40℃。

回火温度一般取150～160℃，硬度60～62HRC。

要求有较高韧性的模具，回火温度可提高到250℃左右，硬度55～60HRC。

(3)等温淬火 GCr15模具钢中，贝氏体和马氏体混合组织可以有效地提高GCr15钢的综合力学性能。

GCr15钢Ms点在235℃：左右，等温温度一般取240～300℃之间，回火温度160～180℃，硬度58～62HRC。
(4)碳化物超细化处理 细化模具钢中的碳化物，特别是消除或降低碳化物偏析带和液析的等级，可以大幅度提高模具钢的强韧性。GCr15钢的固溶温度为1050℃。

固溶的目的是把所有碳化物全部溶入奥氏体中，亚稳定的共晶碳化物（碳化物液析）也可望全部或部分溶解，并使成分均匀化。固溶均匀化后，将模具毛坯淬人沸水中获得马氏体组织，或淬人300～350℃的等温盐槽中进行等温淬火，使之获得下贝氏体组织。最后固溶后的模具在720℃左右高温回火。

为了防止模具毛坯在沸水固溶时出现裂纹，目前多采用下贝氏体固溶工艺。为了节约能源可采用锻造余热等温固溶工艺、质量高，效果好，生产效率高。
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资料来源：无锡市瀚超特殊钢有限公司合金模具钢营业部

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