工模具用钢Cr12

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一、性能特点
Cr12钢是高碳、高铬型冷作模具钢，在我国热处理专业厂和对外加工协作冷作模具中，Cr12钢不论在数量和质量上均沾30%以上。该钢碳含量极高（质量分数为2%-2.3%），是目前所用的冷作模具钢中碳含量最高者，铬含量也很高（质量分数为11.5%-13.0%），属于莱氏体钢。所以，该钢具有很高的淬透性，淬硬性和耐磨性，热处理畸变小。但当碳化物不均匀时，变形呈多向性且不规则。它的组织不良是主要缺点，不均匀的碳化物很难用热处理方法将其改善，除非用粉末冶金方法制造。Cr12钢冲击韧度差，导热性和高温塑性也差。

该钢在结晶过程中形成大量的共晶网状碳化物，其中碳化物含量约占20%左右（体积分数），共晶温度约为1150℃，这些碳化物很硬很脆，虽经开坯轧制、锻造，碳化物有一定程度的破碎，但碳化物沿轧制方向呈带状、网状、块状、堆集状分布，偏析程度随钢材直径增大而严重。

二、化学成分、临界点及对应牌号

表1 Cr12钢的化学成分、临界点及对应牌号


三、热处理工艺

表2 Cr12的热处理工艺



淬火时，加热温度越高，残留奥氏体量增多。975℃淬火，残留奥氏体量为29%（体积分数）；1100℃淬火，残留奥氏体量达到60%左右。

回火温度在450℃以下，残留奥氏体转变量不多；450℃以上回火，残留奥氏体量大幅度减少；550℃回火时，残留奥氏体量由80%减少到20%以下。在实际生产中，常采用980℃加热，240-260℃硝盐等温处理，获得下贝氏体+马氏体+残留奥氏体+碳化物混合组织，然后再经适当的温度回火，可获得满意的力学性能。Cr12钢工具等温淬火的最大优点，就在于不降低工件强度的同时，可大幅度提高工具的韧性，工模具的寿命一般可提高30%-50%。

固溶双细化处理完全利用热处理方法，使碳化物细化、棱角圆整化，同时使奥氏体晶粒细化。其主要措施是高温固溶和循环细化。高温固溶可以改善碳化物的形态和粒度。循环细化的目的在于使奥氏体晶粒超细化。经固溶双细化处理，Cr12钢的冲击韧度可以成倍提高，模具的寿命翻几番，工序虽然复杂些，生产成本会上升，但总的经济效益仍十分可观。

四、力学性能

Cr12钢经960℃-980℃加热、油淬，并在不同温度下回火后的力学性能见图1，抗压强度与回火温度的关系见图2。

图1 960-980℃油淬并在不同温度下回火后的力学性能
注：回火时间为1.5h。


图2 抗压强度与回火温度的关系

五、应用

1）用于硅钢片冲模小动载条件下要求高耐磨、形状简单的拉深和冲裁模。

2）被广泛用于制造截面大、形状复杂、经受冲击力大，要求耐磨的冷作模具，如硅钢片冲模，螺纹滚丝模、拉丝模等。

3）制造拉延模中要求耐磨的凹模，建议硬度为62-64HRC。

4）用于铝件冷挤压凸模，建议硬度为60-62HRC。

5）用于制造弯曲模中要求高耐磨、形状复杂的凸模、凹模、镶块，做凸、凹模时建议硬度为60-64HRC。

6）用于弯曲碳的质量分数为0.65%-0.80%的弹簧钢板，模具硬度为37-42HRC，使用寿命可达22万次。

7）用于制造受冲击载荷较小、中小批量生产、且要求耐磨性的冷冲模。

8）剪切硬而薄的金属的冷剪切刀。

9）适于制造钻、量规、压印模、一般五金冲压模具、形状复杂的冷压工具、成形轧辊。

10）适合制造要求高耐磨性的大型、复杂和精密的塑料模。

11）六角螺母冷镦冲头渗铌复合处理：锻坯经球化退火处理，低温形变淬火、高温回火，盐浴渗铌，再经正常淬火及回火处理。模具的平均寿命为6万次，最高位8万次，较原Cr12钢常规处理提高6-7倍。

12）牙膏管冷挤压模离子S-N-C共渗：Cr12钢制牙膏冷挤压模，常规处理后硬度为58-62HRC，模具寿命只有0.7万-0.9万次，失效形式主要为磨损。采用真空离子S-N-C共渗处理，模具寿命可达2.6万-3.2万次。

13）照相机后盖板冷冲模渗硫：照相机后盖板冷冲模使用中发现粘模严重，先后采用过渗硫、蒸汽处理、磷化、氧氮化等表面强化处理，都可以解决咬合磨损问题，但以渗硫效果最好。

14）落料模渗硼处理：原C14-28型集成电路落料模用Cr12钢制造，被冲材料为95瓷片。采用膏剂渗硼：950-970℃*4h，炉冷至500℃出炉空冷；渗硼后退火处理：850-870℃*3h，炉冷至500℃出炉空冷；980℃油淬，180℃回火，150℃*24h人工时效。经渗硼处理的模具较未渗者寿命提高20倍以上。

15）翻边模硼铬共渗：某无线电元件厂使用的Cr12钢翻边模，原用980℃淬火、低温回火，模具寿命0.6万-0.8万次；采用固体B-Cr共渗处理，模具寿命提高到16万-17万次。

16）Cr12钢制搓丝板渗钒处理：800-820℃预热，1040-1060℃加热油淬；940-960℃*5h盐浴渗钒，渗钒后油冷或淬220℃硝盐，200-220℃回火。经上述复合处理的搓丝板晶粒明显细化，表面得到7-12μm白亮的VC化合层，表面硬度为2800-3000HV，模具寿命比常规处理提高3-4倍。