模具工业水平的高低直接决定了一个国家制造业水平。近年来虽然我国模具工业发展迅速，但目前仍有50%的高档模具需要进口，因此抓紧研发具有自主产权的高性能模具十分迫切。热作模具作为一种重要模具类型， 实际工作中不断受到冷热交替冲击载荷的作用，所以热作模具用钢材料力学性能方面的要求一直较高。为了能满足不同条件下热作模具用钢材料的需要，人们也在不断研发各种新型的热作模具材料，并取得了大量的研究成果。一些研究发现，4Cr5MoSiV1 热作模具钢在700℃条件下进行疲劳试验，随着总应变幅的增大，该钢先循环硬化再循环软化， 断口处裂纹源不断增多， 条纹间距逐渐变宽，疲劳寿命逐渐下降，疲劳试验中模具钢出现循环软化的主要原因与其胞状结构、碳化物析出等有关。

       4Cr5Mo2NiV 热作模具钢淬火后组织由板条状、针状马氏体以及少量碳化物组成， 回火处理后钢出现二次硬化现象，4Cr5Mo2NiV 钢经过1010℃淬火+600℃回火，强塑性能匹配良好。5Cr4NiMo2VCo热作模具钢的淬火温度不宜超过1030℃， 超过1030℃后， 钢的晶粒明显粗化， 该钢的最佳回火温度为510℃，同时与H13 模具钢相比，5Cr4NiMo2VCo 钢表现出更好的回火稳定性。4Cr4Mo3W1V1钢作为一种新型热作模具用钢，通过合理的淬火、回火工艺处理可以使其实现最优的强韧性匹配。因此，本文针对4Cr4Mo3W1V1 钢的淬回火工艺进行了研究，以期为其应用提供参考。

      试验材料为Φ160 mm的锻态4Cr4Mo3W1V1钢棒材，其化学成分如表1 所示。

      用箱式电阻炉对4Cr4Mo3W1V1 钢试样分别进行980～1130℃（间隔30℃），保温30min、油冷的淬火试验， 通过显微组织观察及硬度测试确定最佳淬火温度。再对最佳温度淬火的4Cr4Mo3W1V1 钢试样进行400～640℃（间隔40℃），保温120 min、空冷的回火试验，通过组织观察及性能测试确定最佳回火温度。

      淬火态试验钢显微组织观察采用S-4300 型扫描电镜完成，并采用JEM-2000FM型透射电镜观察回火态试验钢的微观组织形貌。硬度测试在TH300 型洛氏硬度计上完成。在JB300B 型冲击试验机上完成标准V 型缺口冲击试样的冲击试验。

2.1 淬火对4Cr4Mo3W1V1 钢组织与硬度的影响

    图1为不同温度淬火4Cr4Mo3W1V1 钢的SEM组织。由图1可见，淬火态4Cr4Mo3W1V1钢的组织为马氏体和未溶碳化物，未溶碳化物包括尺寸较大的共晶碳化物和尺寸细小的二次碳化物。随着淬火温度的升高，4Cr4Mo3W1V1 钢中细小的碳化物逐渐溶解，晶粒逐渐增大，马氏体板条逐渐增宽。淬火温度达到1130℃时，试验钢中碳化物几乎完全溶解，仅有少量尺寸较大共晶碳化物存在，同时晶粒也明显粗化。

       图2为不同温度淬火4Cr4Mo3W1V1 钢的硬度。由图2可见，随着淬火温度的升高，4Cr4Mo3W1V1 钢的硬度先升高后降低，1100℃淬火的4Cr4Mo3W1V1钢的硬度最高，为62.4HRC。随着淬火温度的升高，4Cr4Mo3W1V1 钢中碳及合金元素越来越多溶入基体， 固溶强化作用使得4Cr4Mo3W1V1 钢的硬度不断增加，同时4Cr4Mo3W1V1 钢晶粒也逐渐长大。当淬火温度达到1130℃时，晶粒长大带来的软化作用大于固溶强化作用[6]，因此，4Cr4Mo3W1V1 钢的硬度开始下降。综合分析确定，4Cr4Mo3W1V1 钢的最佳淬火温度为1100℃。

2.2 回火对4Cr4Mo3W1V1 钢组织与性能的影响

     图3 为1100℃淬火+不同温度回火4Cr4Mo3W1-V1 钢的硬度与冲击吸收能量。可见，随着回火温度的升高，4Cr4Mo3W1V1 钢的硬度先升高后降低，冲击吸收能量先降低后升高。520℃回火的4Cr4Mo3W-1V1 钢硬度达到最大值61.8HRC，说明4Cr4Mo3W-1V1 钢回火过程中出现了二次硬化现象， 此时4Cr4Mo3W1V1 钢的冲击吸收能量最低，为24 J。回火温度升高到560、600℃， 4Cr4Mo3W1V1 钢的硬度分别为60.2、58.2HRC，冲击吸收能量分别达到41 和46 J，硬度有小幅度下降，冲击吸收能量有明显的提升。相对而言，600℃回火的4Cr4Mo3W1V1 钢的韧性提高更为明显， 因此确定4Cr4Mo3W1V1 钢的最佳回火温度为600℃。

      图4为1100℃淬火+不同温度回火4Cr4Mo3W1-V1 钢的TEM 照片。由图4可见，400℃回火的4Cr4-Mo3W1V1 钢组织仍为板条马氏体形貌， 其内有大量高密度位错， 并有少部分残余奥氏体分布在板条马氏体周围。当回火温度升高到520℃时，4Cr4Mo3W1V1钢的马氏体板条明显合并，板条变得模糊、粗化，发生一定程度回复，析出碳化物有所增多。回火温度达到600℃时，4Cr4Mo3W1V1 钢马氏体发生明显回复，但仍可看出粗大板条相貌，碳化物尺寸进一步增大，析出量增多。

       4Cr4Mo3W1V1 钢淬火后形成过饱和马氏体，随着回火温度的升高， 越来越多的C 及Cr、Mo、W等元素以碳化物形式脱溶，沉淀强化效果不断加强，使4Cr4Mo3W1V1钢的硬度不断提高， 冲击吸收能量逐渐降低，并在520℃回火时硬度达到最大值，冲击吸收能量达到最小值。随着回火温度继续升高，4Cr4Mo3W1V1钢中板条马氏体发生明显回复，位错密度降低；同时析出碳化物开始长大、粗化，二者共同作用使得4Cr4Mo3W1V1钢的硬度开始下降，冲击吸收能量开始升高。