5CrNiMo_热锻模具钢5CrNiMo_高韧性热作模具钢

5CrNiMo_热锻模具钢5CrNiMo_高韧性热作模具钢

5CrNiMo
低耐热高韧性热作模具钢
热锻模具钢


5CrNiMo钢和5CrMnMo钢一样都是传统的热段模具钢，是一种低耐热高韧性热作模具钢，但5CrNiMo钢具有十分良好的强韧性，同时具有良好的强度和高耐磨性，室温力学性能与500~600℃时几乎相同，在加热到500℃时，仍能保持300HBS左右的硬度。由于5CrNiMo钢中含有Mo，因而对回火脆性并不敏感，但由于碳化物形成元素含量低，二次硬化效应微弱，所以热稳定性不高。
5CrNiMo钢具有十分良好的淬透性。300mm×400mm×300mm的大块钢料，经820℃油淬和560℃回火后，断面各部分的硬几乎一致。5CrNiMo钢多用来制造大、中型锻模。

⑴、5CrNiMo钢的化学成分：
化学成分见表1。
表1   5CrNiMo钢及进口同系列钢种的化学成分(质量分数，%)

国家 钢号 C Si Mn Cr Ni Mo P S 其他
中国GB① 5CrNiMo 0.50~
0.60 		≤0.40 0.50~
0.80 		0.50~
0.80 		1.40~
1.80 		0.15~
0.30 		≤0.030 ≤0.030 -
美国AISI L6 0.65~
0.75 		0.20~
0.40 		0.55~
0.65 		0.65~
0.85 		1.25~
1.75 		(0.25) - - V:
(0.25)
日本JIS  SKT4 0.50~
0.60 		≤0.35 0.60~
1.00 		0.70~
1.00 		1.30~
2.00 		0.20~
0.50 		≤0.030 ≤0.030  
日本大同 GFA 0.55 0.20 1.00 1.10 1.65 0.50 - - V:
0.13
日本日立 DM 0.55 0.25 0.85 1.20 1.65 0.35 - - V:
0.15
德国DIN  W-Nr 1.2713 0.50~
0.60 		0.10~
0.40 		0.65~
0.95 		0.60~
0.80 		1.50~
1.80 		0.25~
0.35 		- - V:
0.07~0.12
法国NF 55NiCrMoV7 0.50~
0.60 		0.10~
0.40 		0.50~
0.80 		0.70~
1.00 		1.50~
2.00 		0.30~
0.50 		- - V:
0.05~0.15
注：①GB/T 1299-2000.

⑵、5CrNiMo钢的临界点：
Ac1≈710℃，Ac3≈770℃，Ar1≈680℃，Ms≈230℃。

⑶、5CrNiMo钢的热加工：
锻造工艺规范见表2。
表2   5CrNiMo钢锻造工艺规范

项目 加热温度/℃ 始锻温度/℃ 终锻温度/℃ 冷却方式
钢锭 1140~1180 1100~1150 800~880 缓冷(坑冷或砂冷)
钢坯 1100~1150 1050~1100 800~850 缓冷(坑冷或砂冷)
5CrNiMo钢在空气中冷却即能淬硬，并易形成白点，因此锻造后应缓慢冷却。对于大型锻件，必须放到600℃的炉中，待温度一致以后，再缓慢冷却到150~200℃，然后再在空气中冷却。对于较大的锻件，建议在冷却到150~200℃以后，立即进行回火加热。

⑷、5CrNiMo钢的预备热处理：
1)、锻后退火：加热温度为760~780℃，保温4~6h，炉冷至500℃以下出炉空冷，退火后硬度为197~241HBS，组织为珠光体+铁素体。
2)、锻后等温退火：加热温度为850~870℃，保温4~6h；等温温度为680℃，保温4~6h，炉冷至500℃以下出炉空冷，退火后硬度为197~241HBS；组织为珠光体+铁素体。
3)、锻模翻新退火：加热温度为710~730℃，保温4~6h，炉冷至500℃以下出炉空冷。退火后硬度为197~241HBS。

⑸、5CrNiMo钢的淬火及回火：
1)淬火规范见表3。
表3   推荐淬火规范

淬火温度/℃ 冷却 硬度HRC
介质 介质温度/℃ 延续
830~860 油 20~60 至150~180℃后立即回火 53~58

2)、回火规范见表4。
表4   推荐回火规范

方案 回火用途 锻模规格 加热温度/℃ 加热设备 硬度HRC
Ⅰ 消除应力稳定组织和尺寸 小型 490~510 煤气炉或电炉 44~47
中型 520~540 38~42
大型 560~580 34~37
Ⅱ 燕尾 中型 620~640 34~37
小型 640~660 30~35

回火后均需油冷，以防回火脆性的产生，为了消除油冷时产生的应力，可在160~180℃再回火一次。特别注意5CrNiMo、5CrMnMo这两类钢无论淬火还是回火都不能在油在冷到室温，否则容易开裂。表5为淬火、回火温度对5CrNiMo钢冲击韧度的影响。表6为淬火、回火温度对硬度的影响。
表5   淬火、回火温度对5CrNiMo钢冲击韧度的影响(αk/J/cm2)

淬火温度/℃ 回火温度/℃
300 350 400 450 500 550 600
840 21 25 29 35 45 56 71
950 19 20 23 25 35 49 62
1000 13 16 20 23 30 40 54

3)、高温淬火、回火工艺。近年来研究表明：随着淬火温度的提高，5CrNiMo钢的组织以板条状马氏体为主，而板条状马氏体比针状马氏体具有更高的韧性，同时钢中的碳化物更充分溶解，使钢的一系列性能发生变化，断裂韧度有所提高，抗回火能力和热稳定性也得到提高。淬火温度提高后，能推迟热疲劳裂纹的产生，但超过900℃加热淬火，冲击韧度开始下降。实践证明，高温淬火后模具的使用寿命有不同程度的提高。
表6   淬火、回火温度对硬度的影响(硬度HRC)

淬火温度/℃ 回火温度/℃
300 350 400 450 500 550 600
850 52 50 48 45 41 38 32
900 52 50 48 45 41 38 32
950 53 51 49 46 42 39 33
1000 54 52 50 47 43 40 34

高温淬火温度为890~910℃，油冷，淬火硬度为61.5HRC。淬火后组织为板条马氏体+体积分数为9.2%左右的残留奥氏体，晶粒度为7~8级。
回火温度为420~550℃，回火2次，硬度为38~47HRC。
4)、等温淬火工艺。热锻模加热油淬，当模具表面温度冷到150~200℃时，即带温转入280~300℃的等温槽，保温2~3h。由于淬火时先获得少量马氏体+下贝氏体+残留奥氏体组织，回火后马氏体转变为下贝氏体组织。该工艺减少了模具的开裂，模具的使用寿命显著提高。例如5CrNiMo钢法兰盘模具，普通淬火模具寿命是8500件，等温淬火模具寿命为13000件。

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德国葛利兹模具钢Groditz：1.2714(56NiCrMoV)、W.1.2367、W.1.2343、W.1.2344等。

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