热作模具钢之5CrNiMo篇

表一、5CrNiMo钢的化学成分（GB/T1299—2000）w/％

五、热处理

A 退火

5CrNiMo因淬火出油温度低，容易开裂，实际操作时为避免开裂，常于200℃左右即出油，这样，在模具表面获得了一层马氏体组织，但心部仍处于奥氏体状态，在380~450℃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，可采用等温处理方法，即淬火加热后，

将模具与160~180℃硝盐中分级停留，使发生部分马氏体转变，然后再转入280~300℃硝盐中等温停2~3h；或将模具放入150℃油中，再转入280~300℃硝盐中停留2~3h。此时，模具钢的组织由马氏体+下贝氏体+少量残余碳化物组成，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150℃出油，再进入300℃硝盐中等温3h，使用寿命可提高20%~50%。）

退火：①普通退火。以≤30℃/h速度加热到760～780℃，保温4～6h，炉冷到500℃出炉空冷，硬度为197～241HBS Ac1710℃,Ac3 770℃,加热温度在Ac3线之上，得到珠光体组织+块状铁素体。②等温退火。以≤30℃/h速度加热到850～870℃，保温时间2～4h，炉冷到650℃～680℃后等温4～6h，炉冷到500℃以下出炉空冷，硬度为197～241HBS，Ac1710℃,Ac3 770℃，加热温度在Ac3线之上680℃，以获得退火组织片状珠光体+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

B 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，200～250℃回火后有良好的力学性能，硬度约为54HRC。在300℃左右回火，韧性下降，应避免采用。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870～880℃）

表三、 5CrNiMo钢推荐的淬火工艺

注：1.大型模具淬火加热温度采用上限值，小模具（边长在200～300mm以下）采用下限值；

2 .为了避免锤锻模在淬火时产生大的应力和应变，从830～860℃加热后，先在空气中预冷到750～780℃，然后再油冷到150～180℃左右，取出并立即回火；

3.对大型模具应先放在600～650℃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60～100mm的垫板上加热。

C 回火

5CrNiMo钢的硬度及强度随回火温度的升高而下降，塑性及冲击韧度值则随回火温度的升高而增加。5CrNiMo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尾两个部分的回火，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，其韧性不足，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KIC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450℃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100℃出油。为了消除油冷所造成的内应力，可在160~180℃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。单独加热回火是在保证模腔达到的硬度要求后,再用专用电炉或用盐浴炉来对燕尾部分单独进行回火加热。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回升，如此反复操作3～5次即可。

表四、5CrNiMo钢推荐的回火工艺