為了減輕或消除Cr12MoV鋼共晶碳化物分布不均勻性對模具機(jī)械性能和變形等方面的不良影響，需要對原材料進(jìn)行鍛造，要想不經(jīng)過鍛造，單純從熱處理上尋求改善碳化物分布不均勻性的不利影響是極為困難的。
一、Cr12MoV鋼的鍛造工藝
Cr12MoV鋼合理的鍛造工藝如下：
預(yù)熱溫度：750～850℃;
加熱溫度：1080～1120℃;
始鍛溫度：1050～1100℃;
終鍛溫度：850～900℃;
冷卻方式：緩冷(坑冷或砂冷)
Cr12MoV鋼種其導(dǎo)熱性較差，因而在鍛造過程中，加熱和冷卻的速度不宜過快，以免在模具坯料截面上造成溫差過大而開裂。要嚴(yán)格控制鍛造溫度，如果停鍛溫度過高，引起晶粒長大粗化，發(fā)生碳化物聚集，則可能使鋼的機(jī)械性能降低;而停鍛溫度過低，則因鋼的塑性較差，應(yīng)力增大，易導(dǎo)致坯料開裂而報(bào)廢。
為了改善Cr12MoV鋼的碳化物分布不均勻性，在鍛造過程中務(wù)必注意采用正確的方法。一般采用多方向、多次數(shù)的反復(fù)鐓粗與拔長，例如三鐓三拔或不少于三鐓三拔的鍛造方法，還有二輕一重、二均勻的鍛造經(jīng)驗(yàn)。二輕一重是指鍛造開始時(shí)(1050℃以上范圍)輕打，錘擊力度要小，在中間溫度段(950～1050℃)之間重打，以保證擊碎碳化物，950℃以下再度輕打，以防止開裂。所謂的二均勻是指變形均勻、溫度均勻。
對于使用性能不同的模具，其鍛造后所允許的碳化物分布不均勻性級別也有時(shí)不同。一般對沖擊韌性和變形要求較高的模具，應(yīng)控制在3級以下，若對硬度、強(qiáng)度、耐磨性、沖擊韌性和變形均要求較高時(shí)，其碳化物分布不均勻性級別應(yīng)嚴(yán)加控制，一般要求在2級以下，對冷擠壓模最好控制在1～1.5級。
二、Cr12MoV鋼的鍛造
不能把鍛造簡單地理解為毛坯成形，鍛造是提高鋼材內(nèi)在質(zhì)量、延長模具使用壽命的重要關(guān)鍵。通過合理的鍛造不但可以提高鍛坯的致密度，將鑄錠或型材中的氣孔、疏松、縮孔、微裂紋焊合起來，而且可以碎化和細(xì)化共晶碳化物，將**的枝晶狀共晶碳化物打散打碎，提高碳化物分布的均勻性，細(xì)化碳化物的粒度。
1、Cr12MoV鋼材料的鍛造特點(diǎn)
(1)鋼的塑性差
Cr12MoV鋼屬于萊氏體鋼，鋼中碳化物數(shù)量多，且硬而脆，可塑性極差，尤其當(dāng)共晶碳化物枝晶非常發(fā)達(dá)、碳化物塊度又很**時(shí)，最容易鍛裂。
(2)鋼的變形抗力大
由于鋼中碳及合金元素含量高，奧氏體再結(jié)晶溫度升高，其變形抗力比碳素工具鋼要高2～3倍。
(3)鋼的導(dǎo)熱性差
由于鋼的導(dǎo)熱性能差，加熱時(shí)必須分階段預(yù)熱，否則在加熱時(shí)就會出現(xiàn)開裂。
(4)加熱時(shí)容易過燒
未經(jīng)鍛造的鋼中，共晶碳化物多呈堆集狀、網(wǎng)狀分布，該處熔點(diǎn)最低，很容易熔化，因此鍛造加熱溫度不能太高。另一方面由于鋼材變形抗力大，鍛造加熱溫度又不能太低，因此鍛造溫度區(qū)間相對比較狹窄。
2、六面鍛造
六面鍛造是指三向鐓粗和拔長的聯(lián)合工藝，每次都要有一定的鍛造比，才能使共晶碳化物逐步變成無規(guī)則均勻分布，或接近均勻分布。單方向拔長是實(shí)際生產(chǎn)中常用的方法，網(wǎng)狀堆集分布的碳化物被鍛成帶狀堆集分布，碳化物也有所碎化，這樣的鍛造工藝對長軸類工件尚屬可行，但對于模具而言，單方向拔長就會出現(xiàn)明顯的各向異性。大型模坯有時(shí)雖經(jīng)合理鍛造，但其中心組織仍難以得到重大改善。
碳化物呈網(wǎng)狀堆集碳化物呈帶狀堆集
碳化物呈無規(guī)則均勻分布
鍛造鐓拔次數(shù)應(yīng)根據(jù)具體情況決定，但不得少于三鐓三拔。
(1)模具鍛件的技術(shù)要求
一般韌性要求較高的精密加工的小型模具，要求碳化物不均勻級別小于或等于2級，一般模具或大型模具可適當(dāng)放寬要求。
(2)原材料碳化物不均勻級別
如若供應(yīng)的鋼材中碳化物不均勻級別較高，例如，未經(jīng)開坯軋制的電渣鋼錠，樹枝狀分布的碳化物非常發(fā)達(dá)，碳化物不均勻級別高，就必須反復(fù)鐓拔鍛造，即使如此，仍很難用鍛造方法使碳化物分布全面改觀。又如，大型模具所用的大尺寸鋼材，雖經(jīng)軋制，但鋼材中心的碳化物多半仍保留網(wǎng)狀堆集分布。對于此類大型模坯，必須進(jìn)行合理的六面鍛造，即使如此，碳化物不均勻級別往往也很難低于3級。
模坯即使經(jīng)過良好的六面鍛造，碳化物仍然或多或少存在著方向性分布，因此在下料時(shí)就要先考慮模具的長邊應(yīng)與軋制方向一致，以便充分利用其較高的縱向性能和碳化物分布比較均勻的外緣部分金屬，而孔型和磨損最大的部分，應(yīng)盡可能避開坯料質(zhì)量最差的中心部位，因?yàn)樵撎幍奶蓟镒畈蝗菀拙鶆蚧?/P>
三、鍛造余熱淬火-雙細(xì)化工藝
在鍛造過程中有兩個(gè)相互矛盾的因素在起作用：一方面是鍛造的錘擊作用，它使碳化物被擊散打碎、奧氏體嚴(yán)重變形;另一方面是鍛造溫度較高，形變后的奧氏體在錘擊的間隙中立即進(jìn)行回復(fù)和再結(jié)晶，緊接著就開始長大。而被擊碎的碳化物也利用錘擊間隙重新聚集長大，并逐步角狀化。溫度的作用是連續(xù)的，錘擊的細(xì)化作用是斷續(xù)的。如果鍛造比不夠，停鍛溫度太高，火次太多，則晶粒就會粗化，碳化物也會**而多角，工件斷口呈粗晶，易崩角脆裂，這就是鍛造過熱現(xiàn)象。
停鍛緩冷時(shí)，碳化物還會長大，奧氏體中的碳不斷析出，碳化物逐步角狀化，或者說碳化物角狀化多半是在停鍛緩冷過程中形成的。停鍛溫度愈高，鍛后冷速愈慢，奧氏體晶粒和碳化物的粗化及角狀化就愈嚴(yán)重。碳化物鋒利的的尖角是應(yīng)力集中的焦點(diǎn)，是工模具早期脆裂失效的斷裂源。改變碳化物的分布和形態(tài)，可使工模具的使用壽命延長。
設(shè)想如果在停鍛后稍作停留，讓奧氏體得到回復(fù)并開始再結(jié)晶，然后立即淬火，既可抑制奧氏體晶粒的長大，也可抑制碳化物的重新集聚和角狀化，可獲得比較滿意的碳化物粒度和形態(tài)，這就是鍛造余熱淬火工藝的理論根據(jù)。如果再配合適宜的火次和鍛造比，就可探討摸索出最佳的鍛造余熱淬火工藝方案，獲得碳化物和奧氏體晶粒雙細(xì)化的效果。鍛造余熱淬火以后，立即將毛坯在750℃左右進(jìn)行高溫回火2h，然后就可以進(jìn)行機(jī)械加工，無須再進(jìn)行球化退火。鍛造余熱淬火工藝實(shí)際上就是高溫形變熱處理，在提高工件內(nèi)在質(zhì)量的同時(shí)縮短了常規(guī)退火時(shí)間代之以短時(shí)間的高溫回火，因而節(jié)約了能源，縮短了生產(chǎn)周期。
國內(nèi)有關(guān)部門對鍛造余熱淬火與常規(guī)鍛造工藝進(jìn)行了對比試驗(yàn)，采用下面方式進(jìn)行：將Cr12MoV鋼材一分為四，分別進(jìn)行不同方式的鍛造，然后進(jìn)行最終熱處理。其中，采用常規(guī)處理的試樣經(jīng)常規(guī)鍛造后進(jìn)行球化退火，即850～870℃加熱保溫2～3h，冷卻到720～750℃，等溫4h左右，爐冷到500℃出爐。
采用鍛造余熱淬火試樣，再以750℃高溫回火2h。
最終熱處理的工藝都相同，即980℃加熱油冷淬火，200℃回火。
對比試驗(yàn)結(jié)果如下：
1、直接取樣，未經(jīng)鍛造材料，最終熱處理后檢測，碳化物不均勻分布，網(wǎng)系為6級，晶粒度為8.5級。
2、常規(guī)鍛造，兩火成形(拔長)，試樣截面積變化由20cm2→12cm2→5.3cm2，鍛后空冷，常規(guī)等溫球化退火，最終熱處理后檢測，碳化物不均勻分布為帶系為4級，比未經(jīng)鍛造降低2級。晶粒度為10級，比未經(jīng)鍛造細(xì)化1.5級。
常規(guī)鍛造熱處理，碳化物帶系4級常規(guī)鍛造熱處理，晶粒度10級
3、鍛造余熱淬火，兩火成形，單向拔長。試樣截面積變化由20cm2→12cm2→7cm2，鍛后油冷淬火，高溫回火，最終熱處理后檢測。碳化物不均勻度為帶系2級，比常規(guī)鍛造降低2級，比未經(jīng)鍛造降低4級。晶粒度為11級，比常規(guī)鍛造細(xì)化1級，比未經(jīng)鍛造細(xì)化2.5級。
碳化物分布帶系2級，晶粒度11級 4、加大最后一次變形量的鍛造余熱淬火，兩火成形，單向拔長。截面積變化由20cm2→12cm2→5.3cm2，油冷淬火，高溫回火，最終熱處理后檢測。碳化物不均勻分布降到1.5級，接近均勻分布，晶粒度為12級。
碳化物不均勻分布1.5級晶粒度12級
從試驗(yàn)結(jié)果可以看出：常規(guī)鍛造一般可使原材料中的碳化物不均勻分布的級別降低2級左右，一般大中型工件毛坯經(jīng)常規(guī)鍛造以后，碳化物不均勻分布的級別最多可改善1～1.5級左右。但利用鍛造余熱淬火工藝，可以大幅度降低碳化物不均勻分布的級別，特別是在加大最后一次變形量以后，鍛造余熱淬火工藝已能使小試樣的碳化物基本均勻分布。鍛造余熱淬火以后，碳化物粒度變細(xì)，棱角變圓，奧氏體晶粒度達(dá)到超細(xì)化。這種雙細(xì)化效果，可使工件的塑性和韌性同步上升，工模具使用壽命可以成倍提高，同時(shí)還能節(jié)約能源，縮短生產(chǎn)周期。
