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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)滲硼層表面脆性研究、對(duì)滲氮層表面脆性測(cè)量等，取得了不少重要結(jié)果。對(duì)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(cè)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(jiǎn)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(cè)表面硬化層的方法檢測(cè)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(duì)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(jiǎn)便易行的檢測(cè)工模具鋼表面開裂敏感性的方法，它對(duì)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(cè)定方法
常規(guī)力學(xué)性能數(shù)據(jù)在Instron1255型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上測(cè)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(wú)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(cè)定是在 D/ max rA 型X射線全自動(dòng)衍射儀上進(jìn)行。
● 表面開裂敏感性檢測(cè)原理和方法
表面開裂測(cè)量方法和受力分析表面開裂敏感性檢測(cè)的方法用維氏硬度試驗(yàn)法，用一個(gè)相對(duì)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(cè)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(cè)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(cè)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%。可見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(cè)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(shì)，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(zhǎng)趨勢(shì)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(cè)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(duì)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(duì)角線完整無(wú)裂紋。用此方法測(cè)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(shì)。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(duì)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(cè)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(duì)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(jiǎn)便易行的方法。
