高熱穩(wěn)定性熱鍛模具鋼5Cr2NiMoVSi的熱處理

　　來(lái)源:數(shù)控機(jī)床網(wǎng)時(shí)間:2008-6-316:01:46

　　國(guó)際模具網(wǎng)

　　摘要：5Cr2NiMoVSi鋼是近年來(lái)我國(guó)研制出的高熱穩(wěn)定性熱鍛模具鋼。雖然尚未納入GB/T1299-2000《合金工具鋼國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但已在實(shí)際中應(yīng)用多年，效果亦很好。是值得試用推廣的熱鍛模具新鋼種。

　　關(guān)鍵詞：5Cr2NiMoVSi鋼；高熱穩(wěn)定性；高韌性；高壽命

　　5Cr2NiMoVSi鋼是在5CrNiMo和4Cr5MoSiV(H11)鋼的基礎(chǔ)上研制的新鋼種。強(qiáng)度高于5CrNiMo鋼而稍低于4Cr5MoSiV(H11)鋼；沖擊韌度高于5CrNiMo鋼和4Cr5MoSiv(H11)鋼；淬透性接近5CrNiMo鋼。加熱時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向小，熱處理溫度范圍較寬，有利于大尺寸模塊長(zhǎng)時(shí)間加熱保溫。特別是，鋼的熱穩(wěn)定性高于5CrNiMo鋼，接近于4Cr5MoSiv(H11)鋼。因此特別適合于與鍛件接觸時(shí)間較長(zhǎng)因而模具工作面溫升較高的壓力機(jī)鍛模，和模鍛錘鍛模。

　　雖然5Cr2NiMoVSi鋼未納入GBT1299-2000《合金工具鋼國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但已在實(shí)際中應(yīng)用多年，效果亦好。是值得試用推廣的熱鍛模具新鋼種。

　　15Cr2NiMoVSi鋼的成份與性能

　　1.15Cr2NiMoVSi鋼的化學(xué)成分

　　1.25Cr2NiMoVSi鋼的物理性能

　　熱導(dǎo)率λ(室溫)·W/(m·k)：33.5。

　　比熱容Cp(室溫)·J/(Kg·k)：501.6。

　　25Cr2NiMoVSi鋼的熱加工與鍛造

　　熱加工鍛造是模具制造工藝過(guò)程中的重要工序，模具鍛造質(zhì)量的優(yōu)劣，直接影響到模具熱處理質(zhì)量的優(yōu)劣，關(guān)系到模具的使用壽命。鍛造的目的不僅是為了將坯料鍛造成所需要的形狀，更重要的是可以改善和提高模具的性能，保證模具的使用壽命。

　　模具鋼經(jīng)合理鍛造后，有如下效果：

　　A.使塊狀、網(wǎng)狀、帶狀碳化物破碎，分布均勻。

　　B.改變模具中流線的方向，使流線合理分布。

　　C.改善模具中的氣孔，疏松，提高鋼的比重和致密度。

　　35Cr2NiMoVSi鋼的熱處理工藝

　　3.1預(yù)先熱處理

　　5Cr2NiMoVSi鋼等溫退火后的組織為粒狀珠光體+極少量未溶碳化物(合金滲碳體.M23C6和少量M6C、Mc，總含量為6.79％)硬度為220-230HBW。

　　3.2淬火工藝規(guī)范

　　5Cr2NiMoVSi鋼的淬火溫度范圍較寬，可在960-1010℃范圍內(nèi)選擇。在此溫度范圍內(nèi)加熱，鋼的奧氏體晶粒度在9-10級(jí)之間，溫度升到1060℃時(shí)，奧氏體晶粒開(kāi)始急劇長(zhǎng)大。

　　5Cr2NiMoVSi鋼的淬火加熱和冷卻工藝，是影響模具變形和開(kāi)裂，獲得理想淬火組織和理想力學(xué)性能的關(guān)鍵。由于錘鍛模具尺寸較大，在冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力及組織應(yīng)力也很大，因此，錘鍛模淬火冷卻前要進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)冷。一般應(yīng)預(yù)冷至鋼的，AC3溫度附近，既880℃左右。預(yù)冷的方式：一是模具隨爐預(yù)冷，均溫后出爐淬火冷卻；二是出爐在空氣中預(yù)冷，小模塊(≤250mm)的預(yù)冷時(shí)間3-5min，大模塊(≥300mm)約5-8min。然后放入30-80℃的油中冷卻。為了冷卻均勻，最好進(jìn)行攪拌冷卻。鍛模一般冷至約150-200℃時(shí)就應(yīng)從油槽中取出，并立即回火。這時(shí)既可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定：模具提出油面時(shí)冒青煙而不再著火；也可以使用紅外測(cè)溫儀確定。鍛模在油中淬火冷卻的時(shí)間請(qǐng)參照表4。

　　5Cr2NiMoVSi鋼在960-1010℃溫度范圍內(nèi)淬火后的組織為板條馬氏體+孿晶馬氏體及少量殘余奧氏體。淬火后硬度為54-61HRC。

　　3.3回火工藝規(guī)范

　　5Cr2NiMoVSi鋼具有較好的回火抗力，經(jīng)550℃回火后仍能保持高硬度(51-53HRC)。經(jīng)600℃回火后，硬度為47-48HRC，650℃回火后下降為42-44HRC。而5CrNiMo鋼經(jīng)650℃回火后硬度不足30HRC?？梢?jiàn)5Cr2NiMoVSi鋼的熱穩(wěn)定性比5CrNiMo鋼高出150℃左右。在450-550℃范圍內(nèi)回火時(shí)，從基體中析出M2C和VC等碳化物，具有較高的彌散度，產(chǎn)生二次硬化效應(yīng)。

　　由于大、中、小型模具的硬度要求不同，截面尺寸(主要是高度H)也不同，因此推薦的回火溫度范圍也較寬(請(qǐng)參照表5)。

　　一般情況下，由于模具淬火應(yīng)力很大，如果回火時(shí)加熱速度過(guò)快，會(huì)產(chǎn)生新的應(yīng)力，也常會(huì)使模具的變形或開(kāi)裂的可能性增大，所以在回火加熱時(shí)，應(yīng)采用等溫預(yù)熱分段加熱回火形式。預(yù)熱溫度不應(yīng)高于350℃，高于350℃時(shí)，模具心部的殘余奧氏體將向上貝氏體轉(zhuǎn)變，不僅會(huì)降低模具的強(qiáng)度，而且會(huì)顯著降低模具的沖擊韌性。因此等溫預(yù)熱的溫度一般取280℃左右，此溫度下，殘余奧氏體將向下貝氏體轉(zhuǎn)變。由于下貝氏體具有高的強(qiáng)韌性和沖擊韌性，因而獲得下貝氏體組織是有利于提高模具的使用壽命。

　　由于5Cr2NiMoVSi鋼含有0.80-1.20％的Mo，因此對(duì)第二類回火脆性并不敏感，所以回火后的冷卻可采用空冷。雖然慢冷對(duì)鋼的沖擊韌性略有降低，但絕對(duì)值仍然滿足技術(shù)條件要求。

　　在條件下，常常采用一次回火。但由于回火不足(特別是大、中型模塊)，在中經(jīng)常發(fā)生采用一次回火(加上回火時(shí)問(wèn)短)后，模具極易產(chǎn)生開(kāi)裂，有的甚至在未使用的情況下產(chǎn)生開(kāi)裂。因此，在第一次回火后，應(yīng)當(dāng)再進(jìn)行第二次回火，將模具的內(nèi)應(yīng)力降至最低。

　　第二次回火必須在第一次回火后模具冷卻至室溫，使殘余奧氏體充分轉(zhuǎn)變后才能進(jìn)行。第二次回火溫度應(yīng)低于第一次回火溫度約10℃左右。

　　45Cr2NiMoVSi鋼熱處理后的力學(xué)性能

　　5Cr2NiMoVSi鋼經(jīng)960-1010℃加熱淬火，600-680℃加熱回火后，可獲得較高的綜合力學(xué)性能。

　　4.15Cr2NiMoVSi鋼985℃淬火后的力學(xué)性能。

　　4.25Cr2NiMoVSi鋼的高溫強(qiáng)度

　　5Cr2NiMoVSi鋼在500℃以下試驗(yàn)時(shí)，高溫強(qiáng)度與5CrNiMo鋼相近，當(dāng)試驗(yàn)溫度高于600℃時(shí)，5Cr2NiMoVSi鋼的高溫強(qiáng)度比5CrNiMo鋼高出一倍以上。這與5CrNiMo鋼中的M3C碳化物在高溫下易聚集長(zhǎng)大有關(guān)。

　　4.35Cr2NiMoVSi鋼高溫沖擊韌度

　　500-550℃是模具工作面的工作溫度范圍，在此溫度下，5CrNiMo鋼的沖擊韌度處于谷值，而5Cr2NiMoVSi鋼的沖擊韌度僅有少許下降，比5CrNiMo鋼高出一倍。

　　55Cr2NiMoVSi鋼在汽車前軸鍛模中的應(yīng)用

　　東風(fēng)EQ140型汽車前軸鍛模的尺寸為1825×395×300mm，熱處理后的硬度要求為37-41HRC。鍛模在工作中所受的沖擊力比較小，但與鍛件接觸的時(shí)間長(zhǎng)。模具表面的工作溫度較高。因此要求模具有高的高溫強(qiáng)度、耐磨性、抗回火穩(wěn)定性及耐熱疲勞性。

　　原前軸模在采用5CrNiMo鋼制造時(shí)，由于熱穩(wěn)定性及強(qiáng)度低，不能滿足壓力機(jī)模具對(duì)性能的要求，使用中常因熱磨損和熱裂嚴(yán)重而失效，使用壽命一般為5500-6000件。在改用5Cr2NiMoVSi鋼制造后，使用壽命顯著提高。

　　按上述熱處理工藝的5Cr2NiMoVSi鋼制前軸鍛模的使用壽命達(dá)到了9000件左右，比5CrNiMo鋼提高了50％左右，效果比較明顯。

　　6結(jié)語(yǔ)

　　(1)5Cr2NiMoVSi鋼經(jīng)960-1010℃加熱淬火，600-680℃加熱回火后，可獲得較高的綜合力學(xué)性能。

　　(2)5Cr2NiMoVSi鋼具有較高的熱穩(wěn)定性，比5CrNiMo鋼高150℃以上。

　　(3)5Cr2NiMoVSi鋼鍛模的使用壽命比5CrNiMo鋼鍛模提高50％以上。

　　(4)5Cr2NiMoVSi鋼是值得試用推廣的熱鍛模具新鋼種。

　　(5)45Cr2NiMoVSi鋼的化學(xué)成分除C和Si比5Cr2NiMoVSi鋼略低外，其它化學(xué)成分基本一致，因此可參照上述工藝進(jìn)行熱處理。

　　國(guó)際模具網(wǎng)

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