国产新型超硬高速钢W12Cr4Mo3V3N的特性及应用

W12Cr4Mo3V3N高速钢的成分及性能特点 
W12Cr4Mo3V3N(简称V3N)是钨-钼系含氮无钴超硬型高速钢。

 V3N的化学成分：
C:1.21%； W: 11.88%； Mo:2.95%； Cr4.00%； V:2.87%； N: 0.075%.

新型超硬高速钢V3N成分设计特点是： 
高C：C对冷作模具钢的强韧性、耐磨性有决定性的影响。含碳量增加，则抗压强度及耐磨性增加。因此，抗冲击及高强韧冷作模具钢含碳量较高。 

高V：V强烈细化晶粒，强烈提高耐磨性、红硬性及二次硬化能力。但含量过多会明显恶化可锻性及磨削性。 

含N：N可细化晶粒，又有析出强化的作用，且机械性能及焊接性能都较好。 

主要技术性能：
W12Cr4Mo3V3N钢具有硬度高、耐磨性好、高的红硬性和一定的韧性，在冷作模具钢上应用效果十分显著。该钢与含钴高速钢相比，价格低廉且易加工，通过适当的热处理，可得到高硬度(HRC67～70)、高红硬性(625℃4小时，HRC63～65)和高耐磨性，韧性和抗弯强度均不低于普通型高速钢，可克服模具刃口塌陷和崩裂等早期损坏。
W12Cr4Mo3V3N的热处理加工工艺
模具热处理方法和加工工艺的选择同样要根据模具的工作条件、失效方式和对性能的不同要求来确定。应不断改善热处理设备，改进热处理工艺，使材料的强度、韧性得到最佳配合，并严格遵循热处理工艺，控制加热温度、时间、冷却速度，从而保证模具的使用性能。 

锻造
W12Cr4Mo3V3N钢含有大量的一次碳化物和二次碳化物，若保留在淬火组织中，将急剧降低模具所有寿命。只有通过对原材料改锻，击碎碳化物，才能使其呈细小、均匀的形貌分布于钢基体，提高整体力学性能。

W12Cr4Mo3V3N钢导热性差，锻坯加热时应充分预热，始锻温度1170℃，终锻温度950℃，设备可采用250KG(小件)和400KG空气锤，开始采用轻锤快打，中间用重锤打，最后慢打轻打，锻后于石棉粉箱中缓冷取出后即进行退火处理。

锻后退火
可采用等温退火或普通860℃退火4小时。

机械加工
锻后硬度较高，采用等温或普通退火后，机加工可顺利进行，淬火后因工硬度较高，故工件成型磨削难度较大，可采用镨铌刚玉加铬制作的砂轮进行磨削。 

热处理工艺 
W12Cr4Mo3V3N钢在1220～1230℃淬火时，由于存在未熔碳化物，硬度偏低，系淬火温度不足；在1260～1270℃淬火时，晶粒明显过大，系过热现象。选择1230～1240℃淬火加热温度既能使碳化物和合金元素充分溶解到奥氏体中去，又能保持较细晶粒(10～10级)。

W12Cr4Mo3V3N超硬高速钢模具部件采用1220～1230℃经550℃四次回火，硬度可控制在HRC64～67，具体可根据零件尺寸的大小从热处理工艺上进行调整，达到硬度和强度较理想的配合，W12Cr4Mo3V3N超硬型高速钢淬火后有较多残余奥氏体，据测定约为25%～30%，必须尽量消除减少，为此进行多次高温回火使之发生马氏体转变。进行4次高温回火后，大部分残余奥氏体发生了马氏体转变，产生二次硬化效应。W12Cr4Mo3V3N钢二次硬化效应温度比普通高速钢高30～40℃，这一特性十分宝贵，表明W12Cr4Mo3V3N钢有更高红硬性。

精加工后的深冷处理 
经深冷处理后，由于残留奥氏体向马氏体转变以及超细碳化物的析出，模具零件硬度和耐磨性将进一步改善，耐磨性可提高40%，既缩短回火时间节省了能量，又明显提高了模具使用寿命。

高速钢模具深冷处理工艺过程为：
模具除油污;放入保温罐中;少量多次注入液氮(196℃);保温浸泡2.5H;取出模具迅速放入60～70℃热水中。

W12Cr4Mo3V3N钢在冷作模具的应用与效果 
W12Cr4Mo3V3N超硬冷作模具寿命均比Cr12MoV、Cr12等常用模具寿命提高3～5倍，比现用普通高速钢提高2～10倍，经济效益更为显著，W12Cr4Mo3V3N钢制模具性能相当于国际市场现用含10%Co的高速钢。

某厂硅钢片冲模原来都是采用CrWMN、Cr12MoV等铬钢制作的，但由于硅钢等硬面脆，故模具耗损量大，采用V3N钢制作模具，经济效果明显。
总之，W12Cr4Mo3V3N超硬高速钢各项性能优良，适合加工冲裁模等冷作模具，寿命显著提高。V3N钢热加工工艺较严格，1220～1230℃淬火，550℃4次1小时回火，精加工后再经深冷处理可获得高硬度、高耐磨性和良好的韧性配合，使用过程中还可定期对凹模进行去应力回火以延长寿命。

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