Crucible CPM 10V 工具钢（AISI A11）
CPM 10V是一种采用Crucible公司“粉粒冶金（CPM）”技术制造之特殊工具钢，此种钢材是考量大量材质坚韧及空冷硬化的原则下，添加大量的碳及钒，因而使得CPM 10V兼具耐磨耗，高强度及高韧性的优点，适用于冷作加工或温作加工。
CPM 10V优异的耐磨性及良好的韧性，使得此种钢材在冷作加工应用方面，可以取代碳化物材料或其它极具耐磨耗的材料。特别是有模具破损或破裂的问题时，或者有成本考量时，其成效特别显著。
合金成分
碳（C） 2.45%
锰（Mn） 0.50%（0.7%）
矽（Si） 0.90%
铬（Cr） 5.25%
钒（V） 9.75%
钼（Mo） 1.30%
硫（S） 0.07%
应用
下料，冲孔，成型，冷挤，冷锻等用途之冲头及模具。
切片，裁剪，修边等用途之刀具
塑料工业之切粒刀。
塑料射出成型设备之喷嘴，料管内衬等部位粉末冶金模具，木工工具，滚轧成型之滚轮，磨耗零件等等。
变态温度
Acl：1540℉（838℃）
Ms：330℉（165℃）
锻造
将钢材缓慢且均匀完全地加热至2000-2100℉(1090-1150℃),不可以在1650℉（900℃）以下的温度锻造。若温度下降，则必须回温再预热，锻造完成后，钢材应置于石灰内缓慢冷却。之后进行退火处理。
退火
将钢材缓慢且均匀加热至1600-1650℉（870-900℃），保温2小时，然后以不超过每小时30（17摄氏度）的冷却速率。放于炉内徐冷至1000℉（540℃）以下，再取出空冷或继续炉冷。退火后的硬度为BHN255-277.
硬化
先预热至1500-1550℉（815-845℃），并使钢材内外均温。之后升温至1950-2150℉（1065-1175℃），或换至另一部高温炉，而硬化温度的选定如下建议：
1950℉（1065℃）-硬度介于Rc58-60，可以得到最佳的韧性，且于加热冷却过程，变形量最小。保温时间：30-60分钟。
2050℉（1120℃）-硬度介于Rc60-62，可以得到耐磨耗，高强度及高韧性的最佳组合。使用真空炉或气氛炉时，为得到较佳的热处理效果，建议此为最低的硬化温度。保温时间：15-30分钟。
2150℉（1175℃）-可以得到最大的热处理效果，回火后的硬度介于Rc63-65.必须执行三次回火。保温时间：5-10分钟。
保温时间应根据工件尺寸的大小厚薄而略加调整。
淬火
可以采用空冷淋浴或中断油淬的方式淬火。工作厚度在3’’(76mm)以上者，欲得到最大的硬度时，建议采用中断油淬。
若采用气氛炉或真空炉热处理时，则要特别注意使用适当的淬火速率，以便在回火后得到期望的热处理硬度。
回火
回火作业必须在淬火完成后立即进行，意即钢材淬火后冷却至125℉（50℃）或以手触摸时，需立刻回火。且必需执行二次回火。若硬化的温度在2100℉（1150℃）以上时，则必须执行三次回火。如同所有的高合金工具钢一样，在前后二次回火之间，工件必须完全冷却至室温。
常用的回火温度范围是1000-1025℉（540-550℃）时，此外，为了达到回火效果，除了应力消除外，应该避免在1000℉（540℃）以下回火。
应力消除
于重切削加工之后，可以将钢材加热至1100-1350℉（595-730℃），保温1-2小时，然后空冷或淋冷即可消除加工应力。 若钢材已经硬化处理，则应力消除的温度必须较较原先回火的温度低30℉（15℃）。
深冷处理
当硬化温度介于2100-2150℉（1150-1175℃）时，可以使用深冷处理（例如，-11℉（-73℃）的低温降低残留沃斯田铁的量，得到最佳的回火效果。为了减少热冲击及避免破裂，深冷处理必须在第一次回火与地二次回火之间执行。
无论施行深冷处理与否，回火的次数决不可少于二次。硬化温度介于1950-2050℉（1065-1120℃）者，若执行恰当的回火处理，则不需要做深冷处理。
硬度
|
回火温度
℉/℃ |
硬化温度—硬度（HRC） |
|
1850℉
(1010℃) |
1900℉
(1040℃) |
1950℉
(1065℃) |
2050℉
(1120℃) |
2100℉
(1150℃) |
2150℉
(1175℃) |
|
刚淬完火
1000/540
1025/550
1050/565
1100/595
1150/620
1200/650 |
61
56
54
52
49
44
40 |
63
57
56
54
51
45 |
65
60.5
58.5
56.5
52
46 |
64.5
63
62
60
55
50 |
64.5
67
66.5
66
64
61 |
63.5
64
63
61
56
51 |
|
41 |
43 |
46 |
47 |
48 |
|
沃斯田化
时间（分钟） |
60 |
45 |
30 |
20 |
15 |
10 |
|
回火次数 |
2 |
2 |
2 |
2 |
3 |
3 |
*表列之硬度值会因为工件尺寸及形状，淬火方式之不同而有HRC1-2度的误差
氮化处理（非必要的处理）
CPM 10V可以淡化处理，增加其耐磨性及耐蚀性。使用20%的分解氨气，在970-980℉（520-527℃）处理35小时，可以得到0.007”的氮化层，其表面硬度为HRI15N 94.5 （HRC72）。使用淋浴氮化（液体氮化）得到氮化层较浅，可以减少表面氮化层脆裂的现象。
若有刃口或表面韧性的考量时，则不宜施行氮化处理。
加工性及研磨性
由于CPM 10V具有细密且均匀的碳化物组织，通常用来加工D2及M2G工具钢的参数同样可以适用于CPM 10V。
通常用来研磨D2及M2工具钢的氧化铝砂轮亦可以适用于CPM 10V。复杂形状的研磨，需要经常对研磨轮偿或降低表面速度以避免磨轮变得光滑。在小内径研磨时，硼制磨轮可以得到较佳的研磨效率。
若在研磨上遭遇问题时，对于特别的磨轮必须请教磨轮制造商。
以下是有关氧化铝磨轮在实验室测试的结果：
|
钢材 硬度（HRC） 研磨率 |
|
CPM 10V
CPM10V
D2
M2
M4
CPM M4 |
60
63
62
64
64.5
64 |
3.3
3.0
3.4
3.9
1.1
4.0 |
冲击韧性
硬度的决定是根据实际应用的需求，降低硬化的温度（较低的硬化效果）可以增加###韧性。
|
硬化温度
℉/℃ |
回火温度
℉/℃ |
硬度
HRC |
冲击值
ft-1b |
抗折强度
Ksi |
|
2150/1175
2150/1150
2050/1120
1950/1065 |
1000/540
1000/540
1025/550
1025/550 |
64
63
61
59 |
15
17
23
26 |
627
615
635
— |
CPM 10V与传统工具钢在冲击韧性方面的比较，如下表所列。
|
钢材 |
硬度（HRC） |
冲击值（ft-1b） |
|
CPM 10V
CPM10V
CPM10V
CPM10V
D2
M2
M4
CPM M4 |
63
60
56
52
62
64
63
64 |
17
26
24
25
17
17
12
31 |
焊接
通常应用于传统高速钢及高合金工具钢的焊接技术及注意事项，都适用于CPM 10V的钢材。然而CPM 制造方法所得到的微细碳化物及晶粒之优点，都会因焊接程序而被破坏。因此在强调刃口韧性的场合，最好避免焊接修辅的作业。
物理性质
弹性模数…………………..32×103次方Ksi（221×103次方Mpa）
比重…………………7.41
密度…………………0.268 1b/in3次方
热膨胀系数
70-200℉…………….5.96
70-300℉…………….6.09
70-400℉…………….6.21
70-500℉…………….6.18
70-800℉…………….6.54
70-1100℉…………….6.82
热处理的尺寸变化
|
硬化温度
℉/℃ |
回火温度
℉/℃ |
硬度HRC |
线性尺寸变化 |
|
1950/1065 |
1000/540 |
60 |
+0.0004 |
|
2150/1175 |
1000/540 |
64 |
+0.0004 |
耐磨性
CPM 10V与传统工具钢在耐磨性方面的比较，如下表所列
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钢材 |
硬度（HRC） |
耐磨性 |
|
CPM 10V（氮化）
CPM10V
CPM10V
CPM10V
CPM10V
D2
M2
M4
CPM M4 |
72*
63
60
56
52
62
64
63
64 |
105
90
75
64
51
4
8
20
22 |
*从表面微硬度换算而得
恒温变态曲线
A：沃斯田铁（Austenite） F：肥粒铁(Ferrite)
C:碳化物（Carbide） G：麻田散铁（Martensite）
此处条形图不会
恒温变态曲线是说明钢材从沃斯田铁状态冷却至变态温度Acl1以下时，在个别温度开始相变态及完成相变态所需的时间，参考此图可概估不同的冷却速率可能得到的组织及硬度。同时依据此图亦可以定出退火的温度，保温时间及冷却速率；硬化所需的淬火速度；沃斯回火及麻回火之正确淬火程序等等。
日本高周波钢业产品
