5-3冷作模具鋼的金相檢驗(yàn)主要用來制造各種模具的鋼稱為模具鋼。用于冷態(tài)金屬成型的模具鋼稱為冷作模具鋼。如制造冷沖模、冷擠壓模、冷拉模的鋼種，其工作溫度一般不超過200~300℃。一、冷作模具鋼的性能要求和成分特點(diǎn)冷作模具鋼的性能要求與刃具鋼相似，冷作模具在使用時(shí)要承受很大的載荷，如剪切力、壓力、彎矩等，而且這些載荷大多都帶有沖擊力，模具與坯料間會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的摩擦。因此對(duì)冷作模具鋼要求高硬度和高的耐磨性，足夠的強(qiáng)度、韌性和疲勞強(qiáng)度。并且冷作模具鋼要求具良好的熱處理性能，如高的淬透性、變形量小等等。冷作模具鋼的成分要求含碳量高，一般含碳范圍為0.8~2.3%之間，保證淬火后硬度在60HRC左右。另外，要求加入較多的能形成難溶碳化物、提高耐磨性的元素，如Cr、Mo、W、V等，尤其是Cr元素。部分常用冷作模具鋼的成分見表5-5。其中最常用的冷作模具鋼材料是Cr12型鋼，Cr5Mo1V是一種值得推廣的空冷淬硬冷作模具鋼，是國際上通用鋼種，與美國A2鋼相同。表5-5常用的冷作模具鋼化學(xué)成分（摘自GB/T1299—2000）鋼號(hào)統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù),%）供貨狀態(tài)硬度HBCSiMnCrMoVCr12T212002.00~2.30≤0.40≤0.4011.50~13.00——217~269Cr12MoVT212011.45~1.70≤0.40≤0.3511.00~12.500.40~0.600.15~0.30207~255Cr5Mo1VT205010.95~1.05≤0.50≤1.004.75~5.500.90~1.400.15~0.30202~229二、冷作模具鋼的熱處理和組織特點(diǎn)Cr12型鋼屬于亞共晶萊氏體鋼。在退火態(tài)含有體積分?jǐn)?shù)16%~20%的（Cr，F(xiàn)e）7C3碳化物，其中也可能會(huì)溶入少量的Mo和V。隨著鋼中碳量的提高，共晶碳化物增多，碳化物不均勻性也加大。鋼中的碳化物在高溫淬火加熱時(shí)，大量溶入奧氏體，增加了鋼的淬透性，并增加了鋼的回火穩(wěn)定性。Cr12MoV鋼比Cr12鋼含碳量降低，加入Mo和V可以減少并細(xì)化共晶碳化物，細(xì)化晶粒，改善韌性，但仍然存在碳化物偏析現(xiàn)象。Cr12MoV鋼具有高的淬透性，截面積在200~300mm2以下可以完全淬透。它主要用于制造大尺寸、形狀復(fù)雜、承受載荷較大的模具。Cr12型鋼的組織和性能與高速鋼有許多相似之處，鑄態(tài)組織有網(wǎng)狀的共晶碳化物存在，必須經(jīng)過軋制或鍛造處理，以破壞共晶碳化物，減少碳化物的不均勻分布。Cr12型鋼鍛造破碎后的共晶塊狀碳化物有其獨(dú)特的形態(tài)特征，呈長(zhǎng)方形或條塊狀。鍛造后的Cr12型鋼，硬度較高，難以進(jìn)行切削加工，所以需要球化退火。退火加熱溫度850~870℃，保溫后爐冷至720~750℃保溫，再爐冷至500℃以下出爐空冷。退火后的硬度將從鍛態(tài)的477~653HB下降到207~267HB。退火組織為索氏體型珠光體+塊狀碳化物。Cr12型鋼常采用的淬火回火工藝有兩種方法，一次硬化法和二次硬化法。表5-6為Cr12型鋼熱處理強(qiáng)化工藝比較。表5-6Cr12型鋼熱處理強(qiáng)化工藝比較鋼號(hào)一次硬化法二次硬化法淬火溫度/℃回火溫度/℃硬度HRC淬火溫度/℃回火溫度/℃硬度HRCCr1298017061~631100510~52060~62Cr12MoV980~1030150~1701050~1100490~520一次硬化法是采用較低的溫度淬火和較低溫度回火，是Cr12型鋼常規(guī)采用的熱處理工藝，淬火溫度低，晶粒細(xì)小，殘余奧氏體量少，強(qiáng)韌性好。適用于變形小，耐磨性高的模具。圖5-10為Cr12鋼980℃淬火后的組織。組織為白色隱針狀淬火馬氏體+殘余奧氏體+碳化物。圖中殘余奧氏體與和馬氏體很難區(qū)別，奧氏體晶界很明顯。圖5-11為Cr12鋼淬火回火后的組織。組織為回火馬氏體基體+少量殘余奧氏體+白色塊狀、粒狀碳化物，碳化物呈條帶狀分布。碳化物不均勻性的評(píng)定按照GB/T1299—2000標(biāo)準(zhǔn)第三級(jí)別圖，評(píng)定為1級(jí)。1級(jí)碳化物不均勻性是屬于優(yōu)良的級(jí)別。圖5-10Cr12鋼淬火組織500×圖5-11Cr12鋼淬火回火組織100×二次硬化法是采用較高溫度淬火，進(jìn)行多次高溫回火。較高的溫度保溫后油淬，組織中殘余奧氏體很多，硬度較低，圖5-12所示Cr12MoV鋼的硬度、殘余奧氏體與淬火溫度的關(guān)系。要消除這些殘余奧氏體，必須采用490~520℃多次回火，回火次數(shù)通常3~4次，殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，合金元素從馬氏體中析出，產(chǎn)生二次硬化現(xiàn)象。硬度回升到60~62HRC。為了減少回火次數(shù)，對(duì)于尺寸不大、形狀簡(jiǎn)單的模具，可進(jìn)行冷處理（-78℃）。注意，高碳高鉻模具鋼在室溫停留30~50min以后，殘余奧氏體迅速穩(wěn)定化，因此冷處理圖5-12Cr12MoV鋼的硬度、殘余奧氏體量與淬火溫度的關(guān)系應(yīng)該在淬火后立即進(jìn)行。隨后再進(jìn)行490~520℃回火處理。二次硬化法適用于要求有較高熱硬性的模具，如在400~450℃條件下工作或需要進(jìn)行氮化的模具。淬火回火后的組織：回火馬氏體+殘余奧氏體+共晶碳化物+二次碳化物三、Cr12型鋼的金相檢驗(yàn)Cr12型鋼的金相組織檢驗(yàn)，需要根據(jù)不同熱處理狀態(tài)檢驗(yàn)不同的項(xiàng)目。(1）在熱軋、鍛造狀態(tài)應(yīng)檢驗(yàn)共晶碳化物不均勻度。檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)依照GB/T14979—1994《鋼的共晶碳化物不均度評(píng)級(jí)法》(2）球化退火狀態(tài)需檢驗(yàn)粒球狀珠光體的碳化物顆粒大小及分布情況，另外觀察是否存在未球化的片狀珠光體組織。(3）淬火狀態(tài)檢驗(yàn)馬氏體針級(jí)別，晶粒度的大小。(4)回火態(tài)檢驗(yàn)回火是否充分?；鼗鸪浞值慕M織可以釋放淬火應(yīng)力，減少開裂的傾向，回火狀態(tài)的組織不應(yīng)看到晶界。四、Cr12型鋼的缺陷組織實(shí)例例1圖5-13是Cr12鋼鍛造后退火處理后，再經(jīng)560℃預(yù)熱并940℃加熱油淬后的組織。鍛造時(shí)未能改善的嚴(yán)重的網(wǎng)狀碳化物，按照標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定為6~7級(jí)，促使晶界處脆性增加，故在淬火應(yīng)力作用下，易在晶界處開裂，圖中顯示裂紋沿共晶碳化物延伸情況。類似這樣的碳化物是原材料中的共晶碳化物未被完全破碎，呈聚集分布或呈變形的斷續(xù)網(wǎng)狀分布。顯著不均勻的碳化物在后續(xù)熱處理時(shí)，易造成材料脆性增加，極可能出現(xiàn)淬裂，斷裂面一般沿碳化物的邊界發(fā)展。圖5-13Cr12鋼鍛后退火再淬火組織500×例2圖5-14是Cr