摘要
山东金海纳等离子科技有限公司的科技人员最近正在研发一种截齿的新工艺，设想将截齿齿头和齿体分开，分别用不同的材料，齿头依然用42CrMo，而齿体改用Cr12MoV。Cr12MoV钢具有淬火变形小、淬透性好、耐磨性高等特点，被广泛地用于制造生产批量大、耐磨性要求高、热处理变形量要求小、形状复杂、负荷大的模具。本课题的目的就是探索经过不同热处理工艺处理的Cr12MoV钢的性能以及其是否满足截齿的性能要求。
本文通过光学显微镜观察金相试样显微组织，使用显微硬度计对金相试样进行硬度测试，借助电子探针及X射线衍射分析仪对试样进行成分分析及物相分析，最后将有效数据进行综合分析，得出结论。
结果表明，只有3#试样满足截齿的硬度要求，其他试样的硬度都高于截齿的硬度要求。加热到1000℃的Cr12MoV钢空冷再进行高温回火后会得到回火索氏体，随着回火温度的升高，会发生α的回复及再结晶以及碳化物的聚集球化，这些均使硬度降低。而在保温棉中冷却进行中温回火会得到下贝氏体，进行高温回火得到回火索氏体和珠光体，其硬度高于进行空冷高温回火后的试样。
关键词：截齿；失效；Cr12MoV钢；硬度；热处理
Abstract
The workers of Shangdong Haina Plasma Technology Co.Ltd. is developing a new technology of cutter teeth recently, trying to separate cutter teeth to tooth head and body, the tooth head still with 42CrMo steels while the tooth body use Cr12MoV steels. Cr12MoV steels has small quenching deformation,good hardenability, high wear resistance, etc, are widely used in mold manufacturing which has high wear resistance, small heat treatment distortion, complex shape, large load, etc. The purpose of this research is to analyze the performance of Cr12MoV steels which through different heat treatment process, and estimate whether they meet the performance requirements of cutting teeth.
This article observe the microstructure of the metallographic specimens by microscope ,have a hardness testing on metallographic specimen through the micro-hardness tester. Metallographic specimen by means of electron probe and X-ray diffraction analyzer on the sample composition analysis and phase analysis, We can analyze the valid data for overall and draw the conclusion at last.
The results show that only 3#sample meets the requirements of the hardness of cutter tooth and other sample's hardness is higher than the hardness of requirements. Cr12MoV steels heated to 1000℃air cooling to get tempered sorbite after high temperature tempering, with the tempering temperature increases, the α phase will happen revert and recrystallize, and the carbide will aggregate and spheroidize, which lower the hardness. And cooling in the heat insulation cotton under medium temperature tempering get bainite when under high temperature tempering ger pearlite and tempered sorbite, its hardness is
higher than air cooling after high temperature tempering samples. Key Words: cutter teeth; failure; Cr12MoV steels; hardness; heat treatment
目录
1绪论 ............................................................. 错误！未定义书签。
引言........................................................................... 错误！未定义书签。
1.1采煤机截齿的工作特性.................................... 错误！未定义书签。
1.1.1采煤机截齿的工作状态......................... 错误！未定义书签。
1.1.2采煤机截齿的失效形式及原因............. 错误！未定义书签。
1.1.3截齿综合性能标准................................. 错误！未定义书签。
1.2国内现用截齿的状况........................................ 错误！未定义书签。
1.2.1截齿齿体材料的选用............................. 错误！未定义书签。
1.2.2截齿工艺的发展..................................... 错误！未定义书签。
1.3 Cr12MoV钢的介绍 ........................................... 错误！未定义书签。
1.3.1 Cr12MoV钢的性能 ................................ 错误！未定义书签。
1.3.2 影响Cr 12MoV 模具钢热处理效果的因素错误！未定义书签。
1.3.3 Cr12MoV钢的常规热处理 .................... 错误！未定义书签。
1.4 选题的目的与主要研究内容............................ 错误！未定义书签。
2实验材料及测试分析方法......................... 错误！未定义书签。
2.1 实验材料及设备................................................ 错误！未定义书签。
2.1.1等离子熔覆强化无火花截齿................. 错误！未定义书签。
2.1.2 等离子熔覆强化无火花截齿生产设备. 错误！未定义书签。
2.2试样的制备........................................................ 错误！未定义书签。
2.3 测试分析方法.................................................... 错误！未定义书签。
2.3.1 组织观察................................................. 错误！未定义书签。
2.3.2 成分分析................................................. 错误！未定义书签。
2.3.3 物相分析................................................. 错误！未定义书签。
2.3.4 性能测试................................................. 错误！未定义书签。
3 实验结果分析讨论..................................... 错误！未定义书签。
3.1 组织观察和性能分析........................................ 错误！未定义书签。
3.2 成分分析............................................................ 错误！未定义书签。
3.3 物相分析............................................................ 错误！未定义书签。
4 提高Cr12MoV钢性能的途径 ................. 错误！未定义书签。
4.1 锻造方法............................................................ 错误！未定义书签。
4.2 预处理................................................................ 错误！未定义书签。
4.3 热处理................................................................ 错误！未定义书签。
4.4 回火.................................................................... 错误！未定义书签。
5 结论 ............................................................. 错误！未定义书签。参考文献................................................... 错误！未定义书签。致谢 ............................................................... 错误！未定义书签。附录 ............................................................... 错误！未定义书签。
1外文文献原文....................................................... 错误！未定义书签。
2 外文文献译文....................................................... 错误！未定义书签。
1绪论
引言
截齿是煤炭行业中截割煤岩的采煤机、掘进机、刨煤机用来破岩落煤用的刀具，在截割煤岩过程中，由于工矿条件复杂，造成截齿失效，使得截齿消耗量非常大。截齿是易损件，是更换量最大的煤矿机械零件之一。由于井下地质构造复杂，煤岩厚度、硬度对机械化开采的影响，要求截齿具有较高的硬度和耐磨性，同时又要经受交变冲击力，并具有较好的冲击韧性。
截齿的生产过程是按照截割煤岩时对截齿的性能要求而制定的，所以有必要了解截齿在采煤工作中的受力、失效形式和原因以及优质截齿的综合性能标准，同时还应熟知海纳公司截齿的材质、生产设备与工艺。本节通过查阅文献详细介绍了截齿的工作特性以及国内截齿的发展状况，同时也对Cr12MoV钢进行了初步介绍，进而明确本课题的研究目的和主要研究内容。
1.1采煤机截齿的工作特性
1.1.1采煤机截齿的工作状态
截齿分刀形截齿（径向截齿）和镐形截齿（切向截齿）两种。其中应用最广的是镐形截齿。传统的两类截齿的共同特点都是在截齿前端中心孔中镶嵌硬质合金头，硬质合金头用钎焊的方法镶焊在刀体头部。刀型截齿成本高，制造、拆装不方便。镐形截齿因其刀柄安装方向接近滚筒的切线，故又称为切向截齿。其刀柄部分为圆柱形，用弹簧圈固定在齿座中，拆装
极为方便。结构简单，能点击刨煤，吃刀深度大，在工作中能自动磨锐而经常保持齿头锋利，采煤机负荷较平稳，因而较刀齿能耗小、寿命长，且煤尘量小、块煤量大，适于在硬煤中使用。
煤的切削破碎过程是采煤机的一个主要工作过程。为便于说明切削过程基本规律，将切削破碎过程，大致分为四个阶段：变形阶段，裂纹阶段，压实核形成阶段，裂纹扩展及崩裂阶段。上述煤岩截割破碎过程是把截齿切入煤体到切下大块煤作为一个循环。从宏观上看，整个煤炭切削过程，就是这4个过程的循环。在每一个循环中，4个过程都是瞬间完成的。如果把4个过程按特征来划分，还可以简化成两个阶段，两种形式的断裂。第一个阶段是经过弹、塑性变形，形成裂纹和形成压实核的储能阶段，这是第一种裂纹形式的断裂；第二个阶段为崩裂阶段，是在第一个阶段的基础上，由锥孔周围赫兹裂纹，在悬臂梁加载系统的作用下沿煤岩体内层理、节理弱面扩展、崩落，是崩裂形式的断裂。故可把镐形截齿破煤过程看成是两个阶段周期性交变过程。
工作过程中截齿与煤层直接接触，其磨粒磨损特性与煤层结构及硬度有很大关系，煤的硬度较低，一般为100-420HV，但由于煤层中常会有不同硬度的杂质，硬度很高，比如煤中的石英、煤矸石和菱铁矿等，其硬度为900-1100HV，对截齿的磨损失效影响很大。
截齿经长时间切削煤层，磨损产生大量热量，使齿体表面产生600-800°C的高温，而截齿切削煤层又是周期性的回转运动，故升温是交变的。当截齿接触煤岩时升温，离开煤岩时降温，这就造成截齿的高温回火，其硬度值下降50%左右，加速降低了截齿的寿命；截齿在切割煤层时，承受高的压应力，剪切应力和冲击负荷；由于井下环境介质的腐蚀作用，截齿的磨损还有一定的腐蚀磨损，在水煤浆腐蚀磨损中，除煤粒及硬矿物对材料表面造成的犁沟外，介质的腐蚀作用也大大加剧了材料的磨损。
1.1.2采煤机截齿的失效形式及原因
（1）硬质合金头脱落
当截齿磨损到一定程度后，其齿尖的硬质合金（刀形齿为合金片，镐形齿为合金头）将脱落。刀头脱落的原因主要有2个方面：
（a）钎焊质量问题。如焊接处存在夹砂、微裂纹以及虚焊等缺陷。截齿钎焊焊缝间隙的大小是影响焊缝致密性和焊缝强度的关键因素。如果间隙太小，会妨碍钎焊料流入。而间隙过大，则又会破坏钎焊缝的毛细管作用，使钎料不能填满焊缝间隙。截齿的钎焊是钢与硬质合金的异种材料焊接，考虑硬质合金的线膨胀系数是钢的1/2-1/3，因此钎焊缝间隙应比钢对钢焊接时稍小。通过对几种不同间隙焊缝的试验研究，结果表明，截齿钎焊缝间隙以0.09-0.16mm为宜。另外合金头和截齿体孔最好采用锥面配合，以保证硬质合金刀头周围焊缝间隙均匀一致。
（b）截齿在截到煤岩时承受的强大冲击负荷，致使缺陷产生应力集中，反复的冲击，必然导致合金刀头的松动，直致脱落。脱落硬质合金刀头的截齿已经完全失效。
（2）硬质合金头碎裂(崩刃)
截齿截割煤岩时在冲击载荷的作用下，刀头处于高压应力状态。若遇到煤岩中坚硬的矿料，在齿刃与煤岩接触不良处承受高的剪应力，处于拉应力状态，当拉应力超过合金的强度极限时即发生碎裂，对于刀形齿来说表现为合金片的断裂，而镐形齿为镶嵌刀尖的折断。造成硬质合金头碎裂的原因主要有两个方面：一是硬质合金中含有石墨杂质，晶粒分布不均匀,部分合金中有裂纹；二是硬质合金压制工艺比较落后，合金上下密度差大、孔隙多、硬度低。合金刀头碎裂崩刃后，截齿缺乏锐利的合金齿尖，使截割阻力剧增，直接影响生产效率的提高，且加剧了截齿的磨损。
（3）截齿的磨损
（a）磨粒磨损
截齿在工作过程中，磨粒（煤矸石等）与截齿表面间产生较大的压应力，带有锐利棱角并具有合适的迎角的磨粒能切削截齿表面形成显微切削；如果磨粒不够尖锐或刺入截齿表面角度不适当，则在截齿表面挤出犁沟，随着截齿工作时间的延长，磨粒反复对截齿表面推挤，产生严重的塑性变形流动，使得表面下层塑性发生相互作用，导致塑变区内位错密度增加，变形材料表面产生裂纹，裂纹扩展，截齿表面形成薄片状磨屑。而且煤层中存在腐蚀性介质与截齿表面发生化学反应而造成表面材料腐蚀，机械性能下降，并使表层金属与基体材料结合力降低，加快了截齿材料表层的磨损。
（b）热疲劳磨损
截齿截割煤岩时，由于磨损热使刀头磨损表面产生600-800°C的高温，而截齿截割煤岩是周期性的回转运动，故升温是交变的，当刀头接触煤岩时升温,离开煤岩时降温，使截齿齿顶产生高温回火，其组织一般为回火索氏体和铁素体，其硬度下降50%，加速了截齿的磨损。由于截齿表层温度的不断变化，材料表层进一步软化，导致塑变区内出现波浪式塑性流动和位错密度增加，反复的弹塑变形，又使位错集中，继而在表层出现横向微裂纹。大量的调研表明，各矿用截齿的失效各不相同，软质煤或夹矸少的各矿，截齿失效以多次磨损为主，硬质煤或夹矸多的各矿多以合金头崩碎、丢失和杆断为主。
（4）齿身弯曲
当截齿承受很大的外力时，导致截齿的结构尺寸、刚度、布置方式等方面发生变化，引起齿身弯曲。齿身弯曲多发生在径向布置（弯矩较大）的刀形齿上。齿身弯曲后，截齿受力状态改变，就不能很好地完成截割任务。
（5）齿身折断
由于截齿齿身强度不足，截齿截割坚硬岩石或包裹体夹杂物时，载荷加大，超过截齿许用强度时就容易引起齿身折断。
（6）截齿丢失
在实际使用过程中，截齿的丢失现象也是普遍存在的问题。截齿丢失的主要原因在于：截齿固定不可靠或固定装置磨损等等。
1.1.3截齿综合性能标准
在采煤工况条件下，截齿齿体材料的硬度和韧性是同样重要的两项指标。硬度太高，韧性就太低，容易产生脆性失效；硬度太低，则容易产生折弯偏弯，只有良好的强韧性结合，才能保持截齿正常使用。下表是矿用截齿综合性能的国家标准。
表1.1 矿用截齿综合性能的国家标准
项目头部硬度
（HRC）
柄部硬度
（HRC）
冲击韧性
（J/cm2）
焊缝抗剪强度
（MPa）
标准值≥4040-45≥49≥180
1.2国内现用截齿的状况
1.2.1截齿齿体材料的选用
根据对截齿的基本要求，国内齿体材料普遍采用具有良好锻造性能的优质合金钢，如20CrMnTi、35CrMnSi和42CrMo。从发展角度看，对齿体材料不作硬性规定是合理的，仅要求齿体钢材的机械性能和化学成分符合(GB3077-82)规定，热处理后的硬度达到40-45HRC即可。
（1）20CrMnTi作为截齿齿体材料，有较高的淬透性和心部硬度，其
心部极限强度在800-1200MPa之间，锻造温度区大，容易精锻成型且成品率高。20CrMnTi钢的Ac l、Ac3分别为735°C、840°C左右，随着淬火温度的逐步升高，钢的组织发生明显的变化。740-760°C淬火时，组织中存在大量铁素体，由于铁素体量相对较多，一般呈大块状，晶粒粗大，铁素体晶粒之间彼此相连。提高淬火温度，可使组织中铁素体含量降低，但铁素体形态未改变，仍为大块状。760-800°C之间淬火，随着淬火温度的提高，铁素体的量进一步减少，彼此之间不再相连，铁素体晶粒也由块状变成细片状。淬火温度接近其Ac3临界点时，淬火后其组织中铁素体含量已非常少，细小的铁素体只能呈彼此孤立的孤岛状分布。当淬火温度超过其上临界温度后直至930°C，组织中已无铁素体，为正常的淬火组织，但随着淬火温度的提高，晶粒大小会发生变化。20CrMnTi钢经不同温度淬火后的硬度值的变化反映出其内部组织的改变。
（2）35CrMnSiA是高强度钢，在等温条件下预处理，可获得强度、塑性、韧性合理的分配。要满足煤炭部截齿生产标准，热处理工艺必须为等温淬火。目前，国内35CrMnSiA钢制造的截齿齿体多采用880°C淬火，240°C回火的热处理工艺。随着等温时间的延长，抗拉强度缓慢下降，塑性上升，出现这种变化的主要原因是经不同时间的等温淬火后，组织中马氏体和贝氏体相对量不同，等温时间较短时，马氏体所占比例大，随着等温时间的延长，贝氏体量增加，故强度随等温时间的延长呈下降趋势。等温5min左右，贝氏体和马氏体含量达到了良好的配合，这时的硬度有所提高。等温淬火后回火与否，对于硬度值有很小的影响，但淬火低温回火或等温淬火后，该材料横向性能比纵向性能差，有明显的回火脆性等缺陷。
（3）42CrMo属于中淬透合金钢，无回火脆性，调质后有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力，与35CrMnSiA合金钢相比，更适合截齿的受力特性，更适宜作截齿材料。42CrMo钢经等温淬火工艺可获得下贝氏体组织，
具有高强度和优良的耐一延迟断裂性能。该钢[11]在460°C等温淬火可获得典型的羽毛状上贝氏体及近似对称分布其上的贝氏体，500°C等淬火时形成上贝氏体和无碳贝氏体共存、以上贝氏体组织为主的混合组织，540°C 等温淬火，可得到板条马氏体及针状无碳贝氏体组织，当等温淬火时间较长时，得到典型无碳贝氏体，此贝氏体组织多为粒状且相邻贝氏体组织相互衔接，因为无碳贝氏体形成的早期不是通常所见的粒状，而是针状。经880°C淬火，组织为板条马氏体加下贝氏体，960°C淬火可得到下贝氏体，少量孪晶马氏体和板条马氏体，1000°C淬火，由于碳及合金元素在奥氏体中充分固溶，提高了过冷奥氏体的稳定性，抑制贝氏体的转变，从而消除了淬火组织中的下贝氏体，获得板条状马氏体、少量残余奥氏体及少量孪晶马氏体组织[12]。
1.2.2截齿工艺的发展
就我国截齿工艺的发展过程而言，最初制造工艺是：锻造→不完全退火（球化退火）→机加工→热处理（调质）→酸洗除锈→钎焊硬质合金→磨齿→涂油保护。这种工艺是先调质而后进行钎焊，焊后不进行任何处理。基体因退火致使距齿尖30mm内硬度下降到20HRC以下，并出现粗大魏氏体组织甚至产生过烧组织，导致其综合机械性能大幅度下降。为了提高截齿工作部分硬度，有关部门提出了全面改革生产工艺的方案：齿体下料→锻造→机械加工→钎焊硬质合金齿尖→截齿整体调质热处理或盐浴等温淬火→表面防腐处理。截齿整体调质热处理或盐浴等温淬火是提高齿体强韧性与齿体头部表面耐磨性能的必要步骤[14]。但是调质热处理（即淬火+高温回火）及盐浴等温淬火过程中的加热和冷却，会在钎焊缝及硬质合金中产生显微裂纹，损害截齿使用寿命。钎焊过程对齿体头部的剧烈加热，也会引发硬质合金内部裂纹增生，并导致齿体头部产生过热组织[15,16,17]。另
外，截齿整体调质热处理或等温淬火对提高包覆硬质合金的齿体头部表面的耐磨性十分有限，因此在使用过程中齿体头部表面早期磨损，使硬质合金过早暴露出来并脱落，导致了截齿的急剧磨损破坏。
目前国内截齿的生产工艺[18]一般为以下2种：（1）截齿体加工成形→钎焊硬质合金头→盐炉加热→硝盐等温淬火→回火。（2）截齿体加工成形→盐炉加热→硝盐等温淬火→清洗→钎焊硬质合金头→回火。第1种生产工艺，钎焊硬质合金头后盐炉加热再硝盐等温淬火，截齿体的硬度得到了保证，但硬质合金头在钎焊和硝盐等温淬火这一过程中，都经过了两次加热，从而使硬质合金头脆化，使截齿在使用过程中因硬质合金头崩裂和硬质合金头与截齿体焊接的开裂而大大缩短截齿的使用寿命。第2种生产工艺，硝盐等温淬火后钎焊硬质合金头，虽然焊缝的质量和硬质合金头的质量得到了保证，但截齿体头部的硬度却下降了，导致截齿体头部耐磨性大大降低，使得截齿在使用过程中硬质合金头过早脱落，同样也缩短了截齿的使用寿命。
采用截齿真空炉钎焊与热处理同时一次加热[19]，截齿的真空钎焊工艺流程为：清洗截齿体待焊部分、钎料和硬质合金刀头→烘干→装填焊料、硬质合金刀头→将截齿装入夹具内→入炉加热→冷却，使钎焊好的截齿直接进行淬火的工艺。
为了适应煤炭生产发展的要求，满足新型采掘机械的要求，截齿性能应具有比能耗低、煤屑块度大、煤尘少、强度高、耐磨性高、自旋转、工作可靠、寿命长等特点。目前常用的提高截齿的耐磨性和延长使用寿命的工艺[20]措施如下:
（1）采用可实现转动的截齿
增大刀头直径D与固定轴直径d的比值，使得截割中刀齿在齿座中自动旋转，刀齿的旋向使刀尖自动刃磨，提高截齿的寿命。
（2）利用热喷涂技术对截齿进行处理
热喷涂是利用一种热源将喷涂材料加热至熔融状态，并通过气流吹动使其雾化高速喷射到零件表面，以形成喷涂层的表面加工技术。热喷涂技术可在金属基体上沉积陶瓷涂层，将陶瓷耐高温、耐磨、耐蚀等特性与金属材料的强韧性、可加工性、导电导热性等特性结合起来，以获得理想复合涂层制品，已成为当今复合材料及制品研制领域的一个重要发展方向。热喷涂技术是一个涉及多学科，诸如金属学、陶瓷学、高分子科学、表面物理学、表面化学、流体力学、传热学、等离子物理学等学科的边缘科学。采用热喷涂工艺，在采煤机截齿体头部喷焊一层高硬度耐磨合金，该合金层与截齿体具有良好的冶金结合，具有高硬度耐磨不脆裂的特点，其寿命比传统的镶嵌硬质合金截齿高0.5~1倍左右，且制备工艺简单。
（3）利用堆焊技术对截齿进行处理
在传统镶嵌硬质合金头位置的截齿头部，利用堆焊技术，按截齿形状要求分层堆焊出截齿头部。堆焊涂层的主要合金元素为钨、铬、钒，且合金元素含量与钨系高速钢基本一致，涂层处于熔融状态，因此涂层结构类似铸造高速钢组织，其组织由骨骼状的共晶莱氏体和奥氏体的转变产物组成，保证涂层具有较高的硬度与耐磨性。涂层硬度为660.6 HV，虽然不如硬质合金的高，但是相比之下，涂层的抗冲击性能要优于硬质合金，较适合于煤层中含有夹矸或有断层的情况。
（4）利用等离子束表面冶金对截齿进行处理
等离子束表面冶金技术本质上是一种快速非平衡冶金反应过程，原则上可不受组成物的相溶性、熔点、密度等性质的限制，可利用任意粉末的任意配比，获得通常冶金方法不能得到的合金层。它是在喷涂、熔覆、堆焊之后发展起来的涂层技术，在传统的热处理工艺基础上，对截齿齿体进行等离子束表面冶金可以获得耐磨抗冲击涂层，与用传统工艺生产的同型
号截齿相比，寿命提高2倍以上，制造成本降低了20%，具有十分显著的推广应用价值。
（5）采用镶铸工艺制造截齿
镶铸截齿是采用在铸型型腔中放硬质合金，然后浇注铁液一次成型。解决了钎焊截齿所存在的问题，通过调整铸件合金元素的加入量，使截齿体具有较好的耐磨性和韧性，同时使硬质合金和截齿体之间达到冶金结合，显著提高硬质合金和截齿体之间结合力。而且简化了工艺，降低了成本，并显著提高了使用寿命，与锻造钎焊截齿相比，综合寿命提高4倍以上。
1.3 Cr12MoV钢的介绍
Cr12MoV钢是广泛用于模具行业的冷作模具钢，具有高淬透性，截面为300~400mm2以下者可以完全淬透。在300~400℃时仍可保持良好硬度和耐磨性，因此可用来制造断面大、形状复杂、经受较大冲击负荷的各种模具和工具。
1.3.1 Cr12MoV钢的性能
Cr12MoV钢具有淬火变形小、淬透性好、耐磨性高等特点，被广泛地用于制造生产批量大、耐磨性要求高、热处理变形量要求小、形状复杂、负荷大的模具。
Cr12MoV钢是一种应用广泛的冷作模具莱氏体钢，组织中有大量共晶碳化物。为了碎化、细化共晶碳化物，把粗大的枝晶状共晶碳化物打碎、提高碳化物分布的均匀性，细化碳化物的粒度，一般在使用中都需要进行锻造和预先热处理，以减少碳化物的不均匀分布，为后续淬火、回火提供优良的原始组织。
A —— 过冷奥氏体；P ——珠光体；
B ——贝氏体；M——马氏体；C——碳化物；
Ms ——马氏体开始转变点；
图1 Cr12MoV钢的过冷奥氏体等温转变曲线（TTT曲线）Cr12MoV钢中的主要碳化物是（Cr、Fe）7C3型碳化物，其中溶有少量的Ti、Mo和V。这些碳化物在高温淬火时溶于奥氏体，增加钢的淬透性。高温回火后（500℃左右），又从马氏体中析出，产生二次硬化和增加回火稳定性，从而使钢具有高的硬度和耐磨性。此外，由于高温淬火加热后奥氏体中合金元素含量增多，使马氏体开始转变点Ms(见图1.1)大大下降，使得淬火组织中存在大量残余奥氏体，从而可以保证微小的体积变形。但这类钢中的碳化物不均匀性比较严重，尤其是含碳较高的Cr12钢，在Cr12基础上加入Mo、V，除了进一步提高钢的回火稳定性、增加淬透性以
外，还能细化组织，改善韧性。
1.3.2 影响Cr 12MoV 模具钢热处理效果的因素
由于Cr 12MoV 钢中含有大量碳化铬，是一种高碳高铬的莱氏体钢，在锻造退火状态下，其组织由索氏体状的珠光体和过剩的复合碳化物（Cr、Fe）7C3组成，当加热通过临界点时碳化物溶解于奥氏体内，淬火加热温度愈高，碳化物溶解愈多，奥氏体所含碳和铬就愈多，淬火后形成的马氏体合金度就愈高，因此模具硬度愈高，其耐磨性也愈好。但是，如果淬火温度太高，由于奥氏体晶粒长大及合金度的过饱和，在淬火冷却时除奥氏体被保留下来，还会导致从奥氏体中析出的碳化物沉积于晶界上，这不仅降低硬度，而且会使冲击韧性显著下降。分析表明: 随淬火温度的逐渐升高，有一极限硬度值出现,对冲模、冷挤模一般要求在常温下有较高的硬度,以保耐磨性能，然而冲击韧性对凸模而言更具有重要意义，所以模具热处理后应力求尽可能高的硬度和足够的冲击韧性。必须指出，模具寿命与材料碳化物的偏析程度有密切关系，由于Cr 12MoV 属高碳高铬莱氏体钢,钢水结晶时析出大量共晶碳化物极为稳定，常规热处理无法细化，即使经压延后，在较大规格钢材中，仍保留明显的带状或网状碳化物，对淬火变形、开裂、力学性能影响极大。此外，碳化物偏析严重，在碳和合金元素富集的区域，钢的溶点降低，易导致模具热处理时过热，并使碳和合金元素在奥氏体中溶解度减少，降低淬火后的硬度，且导致碳合金元素富集区与贫乏区之间产生大的组织应力，从而增大了模具热处理后的变形量。
1.3.3 Cr12MoV钢的常规热处理
Cr12MoV钢的组织和性能，其中包括硬度、强度、塑性、回火稳定性、淬火回火时的体积变形，与淬火温度关系极大，因为奥氏体的合金化程度
以及稳定性与淬火温度有关。当加热到A c1温度（约810℃）以上时，原始组织索氏体和碳化物转变为奥氏体和碳化物，随着加热温度升高，合金碳化物继续向奥氏体中溶解，增加了奥氏体中C和Cr的浓度，因而得到较高的淬火硬度。淬火温度升高到1050℃时，硬度达到最大值。若淬火温度再升高，由于奥氏体中合金元素含量增多，使Ms点（见图1.1）下降，从而导致残余奥氏体量的增加，例如1100℃淬火，残余奥氏体达80%以上，硬度急剧下降。
Cr12MoV钢在980℃淬火（即低淬）加热时，碳化物的熔解少，基体的含碳量在0.5%左右，Cr在6%，钼只有0.5%，钒的碳化物熔解更少，分布在基体的碳化物量在15%左右，而残余奥氏体只有20%以下，淬火后的硬度HRC60～62。由于基体的含碳量低，淬火后的基体韧性高。但压缩屈服强度未达高水平，低淬火温度一般只能取低温(180-200℃)回火，适用于低负荷、高速度的冷冲模，低温回火后硬度HRC＞60，回火次数二次。
Cr12MoV钢采用中淬火温度（1025-1030℃）（即正常淬火）提高了基体的碳浓度，合金碳化物也进一步熔解，硬度达最高值，同时残留奥氏体量也上升到近40%。淬火硬度在HRC62-63左右。中淬火温度淬火后可以在180-200℃低温回火，获得最高的硬度和最佳的耐磨性，但韧性稍低，不能在重负荷的冷冲模中使用。在中淬火温度淬火后也可以在380-400℃回火，但硬度将下降到HRC58左右，可获得最佳的强韧性配合并明显提高冷锻模的断裂抗力，但耐磨性下降。
Cr12MoV钢超过1050℃以上温度淬火（即高淬）均属于高淬火温度淬火。随着淬火温度的升高，碳和合金元素及碳化物进一步熔入奥氏体，其碳和合金元素升高，奥氏体的稳定性升高，淬火后的残留奥氏体量也急剧上升到40-60%，甚至更高，由于残留奥氏体量增加，淬火硬度降低至HRC55左右。由于残留奥氏体增加和奥氏体稳定性增加，低温回火无法使奥氏体
转变，只能用高温回火促使大量的奥氏体转变。提高其硬度（1150℃淬火，其淬火硬度可能降到HRC45-50以下）出现二次硬化现象。高温回火（520-540℃），一定要进行三次回火。另外，随着淬火温度的升高，钢中晶粒度迅速长大，1080℃晶粒度长至9级，1150℃甚至长至7-8级。淬火温度提高碳化物数量（体积分数）减少，所以韧性强度降低，耐磨性也有所降低，但红硬性提高。因此，只有要求高冲次，低负荷和红硬性时，才采用高淬高回工艺。高温回火后的硬度也可达到HRC62以上，应该指出，二次硬化的高温回火温度区向很窄，对Cr12MoV钢在520℃，对Cr12MoV在540℃，超出此温度区向（往往只有±5℃），硬度的波动较大。
综上所述：淬火温度升高，会导致残余奥氏体量增加，从而导致工件体积收缩，变形量较大；淬火温度越高，变形量越大。因此，正确选择淬火温度，残余奥氏体量可以部分甚至全部抵消淬火时引起马氏体转变所产生的尺寸增大，使变形量小甚至无变形，且达到适中的硬度。
1.4 选题的目的与主要研究内容
山东金海纳等离子科技有限公司最近正在研发一种截齿的新工艺，以往截齿的齿头和齿体部分都是用同一种材料，如42CrMo，而截齿的磨损部位主要在齿头，一旦齿头失效，完好的齿体也要扔掉，造成资源的严重浪费。现在金海纳等离子科技有限公司的科研人员设想将截齿齿头和齿体分开，分别用不同的材料，齿头依然用42CrMo，而齿体改用Cr12MoV。在截齿齿头因磨损失效后，将齿头和齿体分开，因此齿体可以继续使用，从而大大节约了资源，也简化了截齿的制造工艺。本课题的目的就是探索经过不同热处理工艺处理的Cr12MoV钢的性能以及其是否满足截齿的性能要求。