5CrNiMo钢的特性、化学成分、热处理工艺及应用

5CrNiMo钢的特性、化学成分、热处理工艺及应用
5CrNiMo钢是在中碳钢的基础上主要加入Cr、Ni、Mo三元素而研制成的。
⒈5CrNiMo钢的特性
⑴、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度、一定的硬芳与耐磨性、良好的韧性与导热性。
⑵、5CrNiMo钢中加入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300mm*300mm*400mm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。
⑶、5CrNiMo钢中除Ni外， Cr、Mo元素还可固溶于Fe3C中形成（Fe、Cr、Mo）3C，改善其硬度，提高钢的耐磨性。Ni元素还可强烈地改善钢的韧性与耐热疲劳性。
⑷、5CrNiMo钢中的Mo元素可减少回火脆性和细化晶粒。
⑸、Cr、Mo元素共同作用显著提高钢的回火稳定性。
⑹、Cr、Ni元素的共同作用使钢产生抗氧化物和耐蚀性。
⑺、5CrNiMo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、Mo元素以（Fe、Cr、Mo）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热性。析出的（Fe、Cr、Mo）3C碳化物 与淬火时未溶的少量Mo元素的碳化物，再加强韧性俱佳的基体组织，相互作用共同合作使钢在一定温度产生和保持一定强度、硬度过与耐磨性。
⑻、5CrNiMo钢淬火时未溶的少量Mo元素的碳化物，阻止了奥氏体晶粒的长大，起到细化晶粒作用，使钢产生良好强度与韧性。
⒉5CrNiMo钢主要化学成分
0.40%~0.60%C、≤0.40%Si、0.50%~0.80%Mn、0.50%~0.80%Cr、0.15%~0.30%Mo、1.40%~1.80%Ni、≤0.030%P、≤0.030%S。
⒊5CrNiMo钢的热处理工艺
5CrNiMo钢相变点为：AC1730℃、Ac3780℃、Ar1680℃、Ms210℃。
5CrNiMo钢始锻温度1050~1100℃，终锻温度800~850℃，锻造后坑中冷却或砂中冷却。
5CrNiMo钢常见的热处理工艺
热处理工艺 工艺参数 硬度要求 工艺特点
普通退火 加热760~780℃，保温4h，炉冷至500℃以下出炉空冷 197~241HBS Ac1710℃，Ac3770℃，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 加热850~870℃，保温3h，650~680℃等温，保温5h，炉冷至550℃以下出炉空冷 197~241HBS Ac1710℃，Ac3770℃，加热温度在Ac3线之上，等温温度低于Ar1680℃，以获得珠光体+铁素体组织
去应力退火 加热710~730℃，保温3h，炉冷至550℃以下出炉空冷 197~255HBS 消除残余应力，消除加工硬化
淬火 加热820~850℃，保温，油冷至150~180℃，出油，立即回火 54~58HRC 加热时Cr、Mn、Si、Ni元素和Mo元素的碳化物溶入奥氏体中，提高淬透性，改善回火稳定性
 加热880~900℃，油冷至150~180℃，出油，立即回火。420~550℃回火2h，二次。回火硬度38~47HRC 62HRC 提高温度，有利于提高提高硬透性，提高马氏体的硬度，增加耐磨性，增加回火稳定性
回火 模具工作部分 小型锻模：加热490~510℃，保温2h，油冷。二次回火
中型锻模：加热520~540℃，保温2h，油冷。二次回火
大型锻模：加热560~580℃，保温2h，油冷。二次回火 44~47HRC
38~42HRC
34~37HRC 较高温度回火，合金碳化物析出并聚集。工作部分回火温度低些，有利于保持高硬度，增强耐磨性。燕尾部分回火温度高些，有利于保持高韧性，防止燕尾部分出现裂纹
 燕尾部分 小型锻模：加热640~660℃，保温2h，油冷。二次回火
中型锻模：加热620~640℃，保温2h，油冷。二次回火 34~37HRC
31~35HRC 
下贝氏体等温淬火 加热840~860℃，160~180℃硝盐浴分级，再转入280~300℃硝盐浴等温2h 48~54HRC Ms230℃。降低高温阶段的热应力和低温阶段的相变应力，减小变形与开裂，尤其是分级阶段时产生的马氏体，被随后的等温阶段予以回火，避免淬火裂纹的产生
 加热840~860℃，油冷至200℃左右，出油，转入280~300℃硝盐浴等温2h  
液体渗铬 加热950℃，保温4h，油冷。渗剂：15%Cr2O3+12.5%稀土硅镁+72.5%硼砂 1498HV 渗层厚度：0.0081mm。提高表面硬度、耐磨性与耐蚀性
铬钒共渗 加热1050℃，保温5h，空冷。渗剂：50%Fe-Cr+43%Al2O3+2%NH4Cl+5%V粉 2125HV 渗层厚度：0.020mm。提高表面硬度、耐磨性与耐蚀性
⒋5CrNiMo钢的应用
5CrNiMo钢适于制造形状复杂的、冲击载荷重的、大型或特大型的锤锻模具（最小边长≥400mm）。工作时5CrNiMo钢自身的温度以不超过400℃为宜，高于400℃时强度急剧下降，超过500℃时强度为室温时的一半。
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