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1、热作模具钢之5CrNiMo篇包幽红是20世纪30年代初应用的热作模具钢，至今仍有较广泛的应用。该钢以良好的综合力学性能和良好的淬透性而著称,具有良好的塑性、韧性、尺寸效应不敏感。该钢的缺乏之处是工作温度稍低，锻坯中易产生白点。热作模具钢：5CrNiMO临界点:Acl730、Ac3780和MS230。标准:GB/T1299-1985对应美国：L6(AISI),日本SKT4(JIS)日本GFA(大同)日本DM(日立)，德国1.2713(W-Nr)。法国55NiCrMOV7(NF)一、化学成分表一、5CrNiMo钢的化学成分(GB/T12992000)w%CSiMnCrNiMoSP0.5020.50
2、0.501.400.150.600.350.800.801.800.300.0300.030二、特性1、5CrNiMo钢中碳含量保持在0.40%0.60%,可获得较高的强度与耐热疲劳强、一定的硬度与耐磨性、良好的韧性与导热性。2、5CrNiMo钢中参加Cr、Ni、Mo元素主要是提高钢的淬透性，尤其是共同作用时，淬透性提高悬殊。如30Omm*30Omm*40Omm*的模具即可淬透。同时三元素固溶于铁表体中起固溶强化作用。3、5CrNiMo钢中除Ni外，Cr、Mo元素还可固溶于Fe3C中形成(Fe、CrMo)3C,改善其硬度，提高钢的耐磨性。Ni元素还可强烈的改善钢的韧性与耐热疲劳性。4、5CrN
3、iMo钢中的Mo元素可减少回火脆性和细化晶粒。5、Cr.M。元素共同作用显著提高钢的回火稳定性。6、Cr.Ni元素的共同作用使刚产生抗氧化物和耐蚀性。7、5CrNiM。钢淬火时，Cr.Ni、MO三元素固溶于奥氏体中，提高钢的淬透性。淬火后三元素固溶于基体组织中，固溶强化基体组织和提高基体组织的回火稳定性。回火时除Ni元素仍存在于基体组织中外，Cr,M。元素以(FeCrMO)3C碳化物析出。由于碳化物的析出及聚集需较高的回火温度和较长的时间，这就形成了钢的热稳定性或耐磨性。析出的(FeCrMoJ3C碳化物与淬火时未溶的少量Mo元素的碳化物，再加强任性俱佳的基体组织，相互作用共同合作使钢在一定温度
4、产生和保持一定强度、硬度、与耐磨性。8、5CrNiMo钢淬火时未溶的少量Mo元素的碳化物，阻止了奥氏体的长大，起到细化晶粒作用，使刚产生良好强度与韧性。三、工作条件1、模腔表层金属受热通常锤锻模5CrNiM。钢工作时,其模腔外表温度可达300400C以上。压铸模模腔温度与压铸材料种类及浇注温度有关。为此.对热模具钢5CrNiM。的根本使用性能要求是热塑变抵抗力高,包括高温硬度和高温强度、高的热塑变抗力，实际上反映了钢的高回火稳定性。2、模腔表层金属产生热疲劳(龟裂)热模5CrNiM。钢的工作特点是具有间歇性.每次使热态金属成形后都要用水、油、空气等介质冷却模腔的外表。因此.热模的工作状态是反复
5、受热和冷却，从而使模腔表层金属产生反复的热胀冷缩，即反复承受拉压应力作用,其结果引起模腔外表出现龟裂，称为热疲劳现象。由此，对热模具5CrNiM。钢提出了第二个根本使用性能要求.即具有高的热疲劳抵抗力。四、热加工5CrNiM。钢具有良好的韧性、强度和高耐磨性。它在室温和500600C时的力学性能几乎相同。在加热到500C时，仍能保持住HB300左右的硬度。由于钢中含有相，因而对回火脆性并不敏感。从60(C缓慢冷却下来以后，冲击韧性仅稍有降低。表二、5CrNiMo钢的热加工工艺工程加热温度/开始温度/终止温度/冷却钢锭1140-118011001150880-800缓冷（坑或砂冷）钢坯1100-
6、11501050*1100850-800缓冷坑或砂冷（注：5CrNiMo钢在空气中冷却既能淬硬，并易形成白点，因此，锻造以后应缓慢冷却。对于大型锻件,必须放到加热至600的炉中,待其温度一致以后，再缓慢冷却到150200C,然后在空气中冷却。对于较大的锻件，建议在冷却到150200C以后，立即进行回火加热。）五、热处理A退火5CrNiM。因淬火出油温度低，容易开裂，实际操作时为防止开裂，常于20OC左右即出油，这样，在模具外表获得了一层马氏体组织,但心部仍处于奥氏体状态,在380450C回火时,心部的过冷奥氏体即转变为上贝氏体组织,冲击韧性极差，模具寿命很低。为了提高热锻模使用寿命，可采用等温
7、处理方法,即淬火加热后，将模具与16078OC硝盐中分级停留，使发生局部马氏体转变,然后再转入280300C硝盐中等温停23h；或将模具放入150油中，再转入280300C硝盐中停留23h。此时，模具钢的组织由马氏体+下贝氏体+少量剩余碳化物组成，回火后获得回火下贝氏体组织,模具寿命明显提高。（对5CrNiMo锻模采用150C出油，再进入300硝盐中等温3h,使用寿命可提富2O%50%）退火：普通退火。以30Ch速度力口热至J76O78OC,保温46h,炉冷到500C出炉空冷，硬度为197241HBSAcl710C,Ac3770C,加热温度在Ac3线之上，得到珠光体组织+块状铁素体。等温退火。
8、以30Ch速度加热到850870C,保温时间24h,炉冷到650C680C后等温46h,炉冷到500以下出炉空冷,硬度为197241HBS,Acl710oC,c3770,加热温度在Ac3线之上680C,以获得退火组织片状珠光体十块状铁素体。其退火工艺曲线如图一、图二所示：图一：5CrNiMo锻轧后完全退火工艺图二：5CrNiMo锻轧后等温退火工艺时间/hB淬火5CrNiMo钢具有很高的淬透性，所以，钢的淬火可以采用许多冷却方式，如油淬、分级淬火或等温淬火。其中最常用的是油淬。5CrNiMo钢中的碳化物主要是M3C,加热到950以上可全部溶于奥氏体，但晶粒较粗大。在880淬火后的组织为针状马氏体
9、和少量板状马氏体。在900淬火后其组织主要是板条状马氏体，仅有少量针状马氏体。这类钢在830淬火，200250回火后有良好的力学性能，硬度约为54HRC。在300C左右回火，韧性下降，应防止采用。图三为奥氏体随时间变化的等温转变图。图三：奥氏体等温转变图(试验用钢(%)：0.55C,0.87Cr,1.80Ni,0.23Mo,0.77Mn,0.30Si;奥氏体转化温度870880)表三、5CrNiMo钢推荐的淬火工艺淬火温度/冷却硬度(HRC)介质介质温度/延续830860油2030至150180后立即回火5358注：L大型模具淬火加热温度采用上限值，小模具(边长在20030Omm以下)采用下限
10、值；2.为了防止锤锻模在淬火时产生大的应力和应变，从830860加热后，先在空气中预冷到750780,然后再油冷到150180左右，取出并立即回火；3.对大型模具应先放在600650的加热炉中预热，热透后再使炉温升高；为了加热的更好要将模具放在高60IOomm的垫板上加热。C回火5CrNiM。钢的硬度及强度随回火温度的升高而工,塑性及冲击韧度值那么随回火温度的升高而增加。5CrNiM。钢在400以下工作可以保持较高强度，高于400时强度急剧下降。5CrNiMo钢的锤锻模回火包括模腔和燕星两个局部的回火，由于燕尾直接与锤头接触，它的硬度应高于锤头，此外，燕尾的根部易引起应力集中,因而硬度也不宜太
11、高，通常，燕尾的应低于模腔的硬度。一般锤锻模的回火温度不宜太低，如果太低，回火后硬度高，其韧性缺乏，在工作中模腔易出现裂纹；但回火温度也不宜太高，如果太高，硬度、强度和耐磨性降低，从而使模面以被压坏或加速磨损。5CrNiMo钢的KlC值对奥氏体晶粒度不敏感。当回火温度低于450时，断口形貌均为沿晶断裂加准理解，并以沿晶断裂为主。回火温度高于450C时，断口形貌为韧窝状。生产上对不同尺寸的锤锻模有不同的硬度要求，采用的回火温度如表四所示。为了防止第二回火脆性,回火后采用油冷，在IO(TC出油。为了消除油冷所造成的内应力,可在160180C再补充一次低温回火。燕尾可采用单独加热回火和自行回火的方法
12、。单独加热回火是在保证模腔到达的硬度要求后，再用专用电炉或用盐浴炉来对燕尾局部单独进行回火加热。自行回火方法是将淬火加热后的锻模整体淬入油中一段时间后把燕尾提出油面停留一段时间，依靠其本身的热量使温度上升，如此反复操作35次即可。表四、5CrNiMo钢推荐的回火工艺方案回火用途加热温度/C加热设备硬度(HRC)锻模消除应力,稳定组织与尺寸小型锻模I中型锻模490510煤气炉或电炉44-475205403832大型锻模56058034-37锻模燕尾回火II中型锻模620640煤气炉或电炉34-37小型段模64066030-35六、实际应用5CrNiMo钢是目前国内用量较大的锤锻模钢通用性强，大、
13、中、小型模块，深、浅型槽的模块均可使用。由于5CrNiMo钢具有良好的淬透性，该种钢更适合用于大批量生产。30OmnlX40OmmX30Omm的大块钢料，自820C油淬和560C回火后，断面各局部的硬度几乎一致。该种钢易形成白点，需要严格控制冶炼工艺及锻轧后的冷却制度。适合制造各种形状复杂，冲击载荷大、工作温度不太高、边长40Omm大中型锤锻模及切边模，用于制造形状简单、一般制造工艺冶炼采用真空精炼工艺确保钢材纯洁，采用大型专业的热处理使钢材获得最正确的预硬化效果、硬度均匀分布参考文献:.1、模具材料及外表处理/吴兆祥主编/机械工业出版社/2008.82、模具材料及外表处理/康俊远主编/北京理工大学出版社/2007.63、模具材料及外表处理/张清辉主编/电子工业出版社/2002.3
