如何降低冷作模具钢CrWMn碳化物不均匀性引起的脆裂？

为适应模具性能需要而发展起来的高碳低合金钢，是在碳素工具钢的基础上加入适量合金元素冶炼而成的。合金元素的加入提高了钢的淬透性，因而油冷淬火代替了水冷淬火，降低了模具的变形和开裂倾向，所以这一类钢俗称油淬钢。马氏体回火不易分解，分解后析出的碳化物也不易聚集长大，耐回火性有所上升，有利于模具在一定温升的情况下服役。低温回火后有较高的强韧性和耐磨性，使用寿命较碳素工具模具钢有较大提高。

但是当这一类钢含锰和硅的量偏低，或模具零件尺寸较大时，必须水淬方能达到淬硬性和淬硬层的技术要求，不然达不到预期效果。因此，模具零件形状复杂，淬火开裂危险较大时，不宜采用这一类钢，必须采用高合金钢。低合金模具钢的热处理（淬火、回火）基本上与碳素工具钢相同。

CrWMn钢和9CrWMn钢两者仅碳含量稍有差异，其他基本相同。这里仅介绍CrWMn钢。

CrWMn钢含质量分数1%左右的锰、1%左右的铬、1.2%～1.6%的钨，淬透性比较好，ø40～ø60mm的模具油冷能淬透，由于淬火温度低，又在油中冷却，变形小且尺寸稳定性好。这主要是因为钨的碳化物比较稳定，因此淬火加热时不容易溶解，在淬火后有较多的残留奥氏体，因此淬火变形小。钨和铬都是碳化物形成元素，钢材中有较多的碳化物，因此工件淬火回火后有较多的剩余碳化物，硬度高、耐磨性好。但是碳化物不均匀性也比较严重，常常是模具脆裂、崩刃、剥落的主要原因。

(1)预备热处理 CrWMn钢有形成碳化物的敏感性，所以应该进行改锻，锻造后先空冷至650～700℃，再缓冷（坑冷、砂冷或炉冷），否则容易形成碳化物网。由于CrWMn钢易形成碳化物网，因此要求在球化退火前先进行正火。正火热处理：加热温度960～980℃空冷，  目的是为了细化钢的晶粒和消除网状碳化物。

球化退火（两种）：

1)常规球化退火工艺：加热温度为770～790℃，保温2～4h后缓冷到550℃以下出炉空冷。

2)等温球化退火工艺：加热温度为770～790℃，保温2～4h，然后急冷至680～700℃，等温3～4h，炉冷至550℃以下出炉。

(2)常规热处理  一般淬火加热温度为820～840℃，采用热油淬火冷却或硝盐分级淬火。

回火温度180～200℃，硬度60～62HRC，在250～350℃区域内回火时有回火脆性。

(3)CrWMn钢的双细化热处理工艺  CrWMn钢碳化物偏析和二次碳化物网易于形成，常常导致模具零件断裂、崩刃。为了改善CrWMn钢中碳化物的粒度和分布，减轻甚至消除碳化物偏析的恶劣影响，推荐采．用碳化物超细化热处理工艺。工艺要点是：将锻后毛坯（如不经锻造可直接用下料后的坯料）高温固溶淬火斗高温回火→机械加工成形→亚温淬火并回火。

固溶温度1050℃，淬入热油或在300℃：左右等温热处理。回火温度700～720℃。

超细化处理的模具，最终热处理的淬火加热温度比常规工艺要低20～40℃。超细化固溶斗低温淬火（790℃油淬）后，可以获得超细化的碳化物和被细化了的马氏体晶粒，统称双细化工艺。

经双细化工艺处理后的CrWMn钢组织均匀、细致、没有黑白区，淬火硬度为64HRC，回火温度根据模具技术要求在260℃以下选择适宜温度。

这项新工艺已在模具制造业中得到广泛应用，模具使用寿命成倍提高，解决了长期困扰模具行业的CrWMn钢模具脆裂和崩刃的难题。

(4)CrWMn钢等温淬火工艺  适量的下贝氏体分布在高强度的马氏体的基体上，可以提高材料的强韧性。一些热处理专家认为：冷作模具钢CrWMn中贝氏体的体积分数在50%左右时，各项力学性能指标最佳。

CrWMn钢的Ms点在255℃左右，等温温度选择在260～300℃。280℃等温后基体组织为马氏体+下贝氏体+残留奥氏体+剩余碳化物，上面分布着体积分数约为50%的下贝氏体针状组织。

实践表明，手表零冲压模关键零件采用等温淬火工艺后，其使用寿命可大幅度提高。

如果CrWMn钢模具先采用碳化物超细化处理，然后再等温淬火，模具可获得取佳的效果，使用寿命会更长。

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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