深冷处理对Cr12力学性能的影响

sunny2008

深冷处理(DCT)又称超低温处理或超亚冷处理，它的处理温度为-100℃以下，是常规冷处理的延伸。深冷处理作为低温处理的一个分支，指的是将被处理对象置于特定的、可控的低温环境中，使材料的微观组织结构产生变化，从而达到提高或改善材料性能的一种技术。深冷处理技术不仅具有成本低、设备操作简单、耗能少、不破坏工件且无污染等特点，而且起到稳定尺寸、改善均匀性、减小变形等作用，因此备受重视。深冷处理可显著提高工模具材料的耐磨性，进而使工模具的使用寿命得到明显提高。

Cr12钢属于莱氏体钢，它是广泛用于模具行业的冷作模具钢，这类钢含有较高的C(2.0%～2.3%)和大量的Cr(11%～13%)，少量的Mo和V。卷烟机的核心部件为负责烟支成型的烟枪部件。以Cr12为材质加工成的烟枪底板、大压板、小压板、烟舌头等零件正是构成烟枪部件的基本零件。目前，高速卷烟机的卷烟速度是8000支/min，对烟枪零部件的耐磨性能有较高要求。因此，改进传统烟枪零部件的热处理工艺，更大限度的发挥材料的潜力，提高产品使用效果是十分必要的。作为一种改善金属材料综合力学性能的手段，以Cr12冷作模具钢为研究对象，研究材料新的处理工艺——深冷处理，以期提高材料的耐磨性能，最终达到延长使用寿命的目的。

实验用Cr12钢的成分(质量分数，%)为：2.06C，0.43Si，0.45Mn，12.15Cr，≤0.028P，≤0.028S，余为Fe。为便于机加工，需对原材料进行预先热处理，方法为在箱式炉中进行860℃×3h退火并随炉冷却。把加工好的试样在德国IPSON公司生产的VUTK(Avac)-224(FV)-10bar型卧式单室真空淬火炉中加热到1040℃后真空冷却至980℃淬火，其淬火介质为高纯氮气(纯度大于99.99%)。磨损试样尺寸为19mm×11mm×8mm。深冷处理工艺为：淬火后在20min内将试样浸入液氮中浸泡，分别保温1、3和6h，将深冷处理后的试样在180℃回火1.5h。然后测量硬度。冲击试样为U型缺口试样，尺寸为10mm×10mm×55mm，经不同深冷处理后180℃×8h回火，在室温下测定实验钢的冲击功。磨损试验在MM200试验机上进行，对磨试样为Cr12钢圆环，硬度为60～62HRC，试样在30N下先预磨1min，再终磨20min，耐磨性以质量损失ΔW(mg)表示。
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. e! _0 T5 R- o7 y深冷处理后，Cr12钢的硬度略有提高，而其冲击韧度有所降低，降幅最高达26.1%。深冷处理可明显提高Cr12钢耐磨性，其中深冷处理6h的试样耐磨性提高最为显著，其相对磨损率下降45.1%。深冷处理可显著降低Cr12钢中的残留奥氏体含量，经6h深冷处理后残留奥氏体含量由未冷处理的35.4%降至5.6%，降幅达到84.2%。

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深冷处理后，Cr12钢的硬度略有提高。所以Cr12钢必须深冷处理才算完整的热处理过程。