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* 回复内容中包含的链接未经审核，可能存在风险，暂不予完整展示！高热稳定性热锻模具钢5Cr2NiMoVSi的热处理
来源:数控机床网 时间:2008-6-3 16:01:46
国际模具网
摘要：5Cr2NiMoVSi钢是近年来我国研制出的高热稳定性热锻模具钢。虽然尚未纳入GB/T1299-2000《合金工具钢》国家标准，但已在实际生产中应用多年，效果亦很好。是值得试用推广的热锻模具新钢种。
关键词：5Cr2NiMoVSi钢；高热稳定性；高韧性；高寿命
5Cr2NiMoVSi钢是在5CrNiMo和4Cr5MoSiV(H11)钢的基础上研制的新钢种。强度高于5CrNiMo钢而稍低于4Cr5MoSiV(H11)钢；冲击韧度高于5CrNiMo钢和4Cr5MoSiv(H11)钢；淬透性接近5CrNiMo钢。加热时奥氏体晶粒长大倾向小，热处理温度范围较宽，有利于大尺寸模块长时间加热保温。特别是，钢的热稳定性高于5CrNiMo钢，接近于4Cr5MoSiv(H11)钢。因此特别适合于与锻件接触时间较长因而模具工作面温升较高的压力机锻模，和模锻锤锻模。
虽然5Cr2NiMoVSi钢未纳入GBT1299-2000《合金工具钢》国家标准，但已在实际生产中应用多年，效果亦好。是值得试用推广的热锻模具新钢种。
1 5Cr2NiMoVSi钢的成份与性能
1.1 5Cr2NiMoVSi钢的化学成分
1.2 5Cr2NiMoVSi钢的物理性能
热导率λ(室温)·W/(m·k)：33.5。
比热容Cp(室温)·J/(Kg·k)：501.6。
2 5Cr2NiMoVSi钢的热加工与锻造
热加工锻造是模具制造工艺过程中的重要工序，模具锻造质量的优劣，直接影响到模具热处理质量的优劣，关系到模具的使用寿命。锻造的目的不仅是为了将坯料锻造成所需要的形状，更重要的是可以改善和提高模具的性能，保证模具的使用寿命。
模具钢经合理锻造后，有如下效果：
A.使块状、网状、带状碳化物破碎，分布均匀。
B.改变模具中流线的方向，使流线合理分布。
C.改善模具中的气孔，疏松，提高钢的比重和致密度。
3 5Cr2NiMoVSi钢的热处理工艺
3.1 预先热处理
5Cr2NiMoVSi钢等温退火后的组织为粒状珠光体+极少量未溶碳化物(合金渗碳体.M23C6和少量M6C、Mc，总含量为6.79％)硬度为220-230HBW。
3.2 淬火工艺规范
5Cr2NiMoVSi钢的淬火温度范围较宽，可在960-1010℃范围内选择。在此温度范围内加热，钢的奥氏体晶粒度在9-10级之间，温度升到1060℃时，奥氏体晶粒开始急剧长大。
5Cr2NiMoVSi钢的淬火加热和冷却工艺，是影响模具变形和开裂，获得理想淬火组织和理想力学性能的关键。由于锤锻模具尺寸较大，在冷却过程中产生的热应力及组织应力也很大，因此，锤锻模淬火冷却前要进行适当的预冷。一般应预冷至钢的，AC3温度附近，既880℃左右。预冷的方式：一是模具随炉预冷，均温后出炉淬火冷却；二是出炉在空气中预冷，小模块(≤250mm)的预冷时间3-5min，大模块(≥300mm)约5-8min。然后放入30-80℃的油中冷却。为了冷却均匀，最好进行搅拌冷却。锻模一般冷至约150-200℃时就应从油槽中取出，并立即回火。这时既可根据经验确定：模具提出油面时冒青烟而不再着火；也可以使用红外测温仪确定。锻模在油中淬火冷却的时间请参照表4。
5Cr2NiMoVSi钢在960-1010℃温度范围内淬火后的组织为板条马氏体+孪晶马氏体及少量残余奥氏体。淬火后硬度为54-61HRC。
3.3 回火工艺规范
5Cr2NiMoVSi钢具有较好的回火抗力，经550℃回火后仍能保持高硬度(51-53HRC)。经600℃回火后，硬度为47-48HRC，650℃回火后下降为42-44HRC。而5CrNiMo钢经650℃回火后硬度不足30HRC。可见5Cr2NiMoVSi钢的热稳定性比5CrNiMo钢高出150℃左右。在450-550℃范围内回火时，从基体中析出M2C和VC等碳化物，具有较高的弥散度，产生二次硬化效应。
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，因此推荐的回火温度范围也较宽(请参照表5)。
一般情况下，由于模具淬火应力很大，如果回火时加热速度过快，会产生新的应力，也常会使模具的变形或开裂的可能性增大，所以在回火加热时，应采用等温预热分段加热回火形式。预热温度不应高于350℃，高于350℃时，模具心部的残余奥氏体将向上贝氏体转变，不仅会降低模具的强度，而且会显著降低模具的冲击韧性。因此等温预热的温度一般取280℃左右，此温度下，残余奥氏体将向下贝氏体转变。由于下贝氏体具有高的强韧性和冲击韧性，因而获得下贝氏体组织是有利于提高模具的使用寿命。
由于5Cr2NiMoVSi钢含有0.80-1.20％的Mo，因此对第二类回火脆性并不敏感，所以回火后的冷却可采用空冷。虽然慢冷对钢的冲击韧性略有降低，但绝对值仍然满足技术条件要求。
在生产条件下，常常采用一次回火。但由于回火不足(特别是大、中型模块)，在生产中经常发生采用一次回火(加上回火时问短)后，模具极易产生开裂，有的甚至在未使用的情况下产生开裂。因此，在第一次回火后，应当再进行第二次回火，将模具的内应力降至最低。
第二次回火必须在第一次回火后模具冷却至室温，使残余奥氏体充分转变后才能进行。第二次回火温度应低于第一次回火温度约10℃左右。
4 5Cr2NiMoVSi钢热处理后的力学性能
5Cr2NiMoVSi钢经960-1010℃加热淬火，600-680℃加热回火后，可获得较高的综合力学性能。
4.1 5Cr2NiMoVSi钢985℃淬火后的力学性能。
4.2 5Cr2NiMoVSi钢的高温强度
5Cr2NiMoVSi钢在500℃以下试验时，高温强度与5CrNiMo钢相近，当试验温度高于600℃时，5Cr2NiMoVSi钢的高温强度比5CrNiMo钢高出一倍以上。这与5CrNiMo钢中的M3C碳化物在高温下易聚集长大有关。
4.3 5Cr2NiMoVSi钢高温冲击韧度
500-550℃是模具工作面的工作温度范围，在此温度下，5CrNiMo钢的冲击韧度处于谷值，而5Cr2NiMoVSi钢的冲击韧度仅有少许下降，比5CrNiMo钢高出一倍。
5 5Cr2NiMoVSi钢在汽车前轴锻模中的应用
东风EQ140型汽车前轴锻模的尺寸为1825×395×300mm，热处理后的硬度要求为37-41HRC。锻模在工作中所受的冲击力比较小，但与锻件接触的时间长。模具表面的工作温度较高。因此要求模具有高的高温强度、耐磨性、抗回火稳定性及耐热疲劳性。
原前轴模在采用5CrNiMo钢制造时，由于热稳定性及强度低，不能满足压力机模具对性能的要求，使用中常因热磨损和热裂严重而失效，使用寿命一般为5500-6000件。在改用5Cr2NiMoVSi钢制造后，使用寿命显著提高。
按上述热处理工艺生产的5Cr2NiMoVSi钢制前轴锻模的使用寿命达到了9000件左右，比5CrNiMo钢提高了50％左右，效果比较明显。
6 结语
(1)5Cr2NiMoVSi钢经960-1010℃加热淬火，600-680℃加热回火后，可获得较高的综合力学性能。
(2)5Cr2NiMoVSi钢具有较高的热稳定性，比5CrNiMo钢高150℃以上。
(3)5Cr2NiMoVSi钢锻模的使用寿命比5CrNiMo钢锻模提高50％以上。
(4)5Cr2NiMoVSi钢是值得试用推广的热锻模具新钢种。
(5)45Cr2NiMoVSi钢的化学成分除C和Si比5Cr2NiMoVSi钢略低外，其它化学成分基本一致，因此可参照上述工艺进行热处理。
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小教板-
要： 介绍了热流道板式浇注系统的电器外壳注射模结构。模具中采用了十字形热流
热流道注射塑料模在国内广泛应用，不仅是因为热流道注射塑料模缩短了制件的成型周期、节约了塑料原料、能实现自动化生产过程，而且还因为在热流道模具的成型过程中，塑料熔体的温度在流道系统里能得到准确地控制，尤其在一模多腔的注射模具中，流道内的熔体温度能基本保持与注射机喷嘴的温度大致相同或相近，因而流道内的压力损耗小，熔融塑料以极其均匀的状态流入各个模腔，从而获得高品质的塑料制件。热流道注射成型的零件浇口质量好、脱模后残余应力低、零件变形小。因此，对质量要求高的、生产批量大的塑件可采用热流道注射模生产。
1 产品结构工艺性
一种电器外壳的产品结构图如图1所示，该产品的底部为一凹曲形，产品口部的周边均布有三个直径为φ3mm，深度为12mm的盲孔，可用自攻螺钉连接面盖。产品的口部有一高度为5mm，直径为φ153mm的止口位，需要与面盖相配合。零件的材料为PC塑料，颜色为乳白色。PC料的学名为聚碳酸酯，是一种常用的热塑性工程塑料，具有良好的力学性能，冲击强度优异，尺寸稳定性好。在200～220℃呈溶融状态，熔融温度高，熔体粘度大，因而在成型时熔体的流动差，其溢料值为0.06mm。一般在高料温、高压力和较高的模温下快速成型。
从产品结构图中可以看出，产品的分型面必须选择在直径为φ156.2mm的最大轮廓截面位置。对于该产品而言，浇口的位置只有选择在产品底部的中心进料，才能保证在注射成型过程中熔体流动填充的均匀性，并将型腔内的气体从分型面的周边所开设的排气槽排出。通常的情况下，模具需采用细水口三板模结构，以便从不同的分型面分别取出浇注系统凝料和塑件产品。对一模多腔的细水口模具结构而言，其浇注系统凝料很长，易浪费原生塑料。此外模具在采用次序分模的过程中需要有很大的开模行程空间。由于PC料的流动性差，浇注系统太长对注射成型过程不利，需要有较高的料温和较大的注射压力。因而采用热流道浇注系统的结构可以解决上述问题。
2模具结构设计及其工作过程
根据产品生产批量大的要求，模具采用了1模4腔的结构形式，采取了从产品顶部中心进料的十字形热流道板的浇注系统结构。这种结构不仅使产品浇口处的痕迹较小，从而使产品获得良好的外观质量，而且还可实现自动化生产控制过程，模具结构装配图如图2所示。
1隔热板 2定模座板 3支撑块 4冷却水嘴 5定模板 6定模型腔镶件 7动模型腔镶件
8动模板 9支撑块 10动模座板 11隔热板 12支承柱 13顶杆固定板 14顶杆垫板
15动模定位套 16隔水片 17密封圈 18导套 19动模型芯镶件 20导柱 21热嘴
max笔记-
H13钢具有良好的热强性、红硬性、较高的韧性和抗热疲劳性能及抗热裂能力，是一种强韧兼具的空冷硬化型热作模具钢，目前该钢种已成为国内外应用最广泛的热作模具钢种之一。由于H13钢中合金元素含量达到8%左右，使共析点左移，H13钢属于过共析钢，碳及合金元素的严重偏析，特别是铬、钒元素的作用，使得该钢在凝固过程中出现不平衡的亚稳定共晶碳化物。目前很多国内生产的H13钢退火态心部组织存在粗大的共晶碳化物和成分偏析，二次碳化物聚集在晶界处，并且在局部连成链状碳化物，而共晶碳化物和二次碳化物在晶界聚集强烈影响模块的冲击性能。因此，有必要对H13钢的退火热处理工艺开展研究，以改善退火组织，进而提高其后续使用性能。 对H13模具钢的锻后热处理研究结果表明：经常规球化退火处理后，H13钢组织粗大，显微偏析严重，球化不完全，大部分碳化物呈网状结构。经高温正火＋球化退火后，H13钢组织细化，合金元素偏析得到改善，碳化物球化率提高，碳化物更加均匀地分布在铁素体基体上。偏析和球化效果和正火温度有关，1020℃正火时，H13钢球化组织更加均匀弥散，球化效果良好，球化率可达95%以上，偏析基本消除u200d
小菜G-
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