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CR12MOV低耐熱高韌性熱作模具鋼及熱處理

CR12MOV低耐熱高韌性熱作模具鋼及熱處理
主要用于錘鍛模、平鍛機鍛模、大型壓力機鍛模等,是在高溫下通過沖擊加壓強迫金屬成形的工具,鍛模型腔與熾熱的工件表面會產生劇烈摩擦。由于在鍛造過程中,模具型腔表面與被加熱到很高溫度的鍛坯接觸,使模具表面常升溫到300~400oC,有時局部可達500~600oC。鍛模的截面較大而型腔形狀復雜,因此要求鋼具有一定的高溫強度和良好的沖擊韌度、高的硬度與耐磨性、耐熱疲勞性好、淬透性大、良好的導熱性及良好的工藝性和抗氧化性。合金化:不能含有太高的碳及碳化物形成元素,碳的質量分數應控制在0.3%~0.5%,同時加入少量的Cr、Mo、V、Ni、Mn、Si等以提高淬透性及熱強性,加入少量的Mo、W有助于消除高溫回火脆性。
常用鋼種:5CrNiMo、5CrMnMo、CrMnSiMoV
試用鋼種:5Cr2NiMoV及45Cr2NiMoVSi等
5CrNiMo:
⒈力學性能:5CrNiMo鋼是20世紀30年代初應用至今的傳統熱鍛模具鋼,國內應用廣泛。它以良好的綜合力學性能和高的淬透性而著稱,塑性、韌性良好,尺寸效應不敏感。但熱穩定性較差,熱強性不高,通常在400oC以下工作可保持較高的強度,超過400oC時強度便急劇下降,模具溫升到550oC時,sb與溫室比較下降近一半。
⒉工藝性能:5CrNiMo鋼的臨界點:Ac1為730oC;Ac3為780oC;Ms為230oC。
⑴鍛造:市場上供應的鋼材存在著纖維組織,直徑越大,偏析就越嚴重。鍛造時應交替鍛粗和拔長,其交替進行的次數應不少于2~3次。鍛坯的加熱溫度為1100oC~1150oC,始鍛溫度為1050~l100oC,終鍛溫度為800~850oC,鍛坯易出現在白點,故應緩冷(砂冷或坑冷)。
⑵退火
⑶淬火:經600~650oC溫度預熱后加熱到830~860oC,保溫后油淬。如果出油溫度低,容易淬裂,常在200oC左右出油,但心部未轉變成馬氏體的過冷奧氏體,在回火時會轉變成上貝氏體組織,沖擊韌度極低,壽命短。為此可采用等溫處理的方法,先將模具淬入150oC的油中,再轉入280~300oC硝鹽浴中停留2~3h,獲得“馬氏體+下貝氏體+少量殘余碳化物”組織,這樣模具的壽命會明顯提高。
⑷回火:淬火后的模具應立即移入回火爐中進行回火。熱鍛模的燕尾部分由于集中承受沖擊載荷,要求比模體部分有更高高的沖擊韌性,一般在模具整體回火后,再單獨對燕尾部分進行局部提高溫度回火,降低燕尾開裂失效的傾向
⒊應用:目前國內用量較大的鍛模用鋼,通用性強,大、中、小模塊、深淺槽的模塊均可用5CrNiMo。但此鋼的熱強性和耐磨性也不如高強度熱作模具鋼,故不適宜制作受沖擊力大的中、小型鍛模以及熱強性或抗熱疲勞性能要求很高的熱擠壓模、熱穿孔模及鋁、銅壓鑄模等。目前國內主要用于制造形狀復雜、沖擊載荷較重的大型及特大型鍛模(最小邊長>400mm)。
5CrMnMo:
⒈力學性能:考慮到我國的資源情況,為節省鎳而研制成的5CrMnMo鋼。其強度略高于CrNiMo鋼,但用錳代鎳降低了其在常溫及較高溫度下的塑性和韌性,而且5CrMnMo鋼的淬透性比5CrNiMo鋼的淬透性要低,過熱敏感性稍大,在高溫下工作時,其熱疲勞性能也較差。
⒉工藝性能:5CrMnMo鋼的臨界點;Ac1為710oC;Ac3為760oC;Ms為220oC。
⑴鍛造:5CrMnMo鋼鍛造工藝參數和5CrNiMo鋼相同,注意須防止模具開裂:
⑵退火:等溫退火加熱溫度為850~870oC,等溫溫度為680oC 。退火后店硬度為197~241HBS。⑶淬火:在加熱溫度為840oC~860oC時油淬,冷卻至150~180oC出油并立即回火。為減少變形及開裂,淬火時可先預冷到740~780oC左右再入油淬火。
⒊應用:與5CrNiMo鋼相比,由于5CrMnMo鋼的淬透性及韌性均較低,只適用于制造一些對強度和耐磨性要求較高,而韌性要求不甚高的各種中、小型錘鍛模具及部分壓力機模塊(最大邊長<400mm),也可用于工作溫度低于500oC的其他小型熱作模具。
4CrMnSiMoV:
⒈力學性能:4CrMnSiMoV鋼是5CrMnSiMoV鋼的改進型。碳的質量分數降低了0.1%,目的是在保持原有強度的基礎上提高鋼的韌性。該鋼無鎳,但具有較高的強度、耐磨性、沖擊韌度及斷裂韌度,其沖擊韌度與5CrNiMo相近或稍低,而高溫性能、抗回火穩定性、熱疲勞抗力好于5CrNiMo鋼,主要用于大型錘鍛模和水壓機鍛造用模。5CrMnSiMoV鋼可以代替5CrNiMo鋼。
⒉工藝性能:4CrMnSiMoV鋼的臨界點:Ac1為792oC; Ac3為855oC;Ms為330oC 。
⑴鍛造: 鋼坯加熱溫度為1100~1140oC,始鍛溫度為1050~1100oC ,終鍛溫度>850oC,加熱的溫度和時間不宜過高過長,鍛后進行砂冷或坑冷。為減少脫碳現象,大型鍛件應在鍛后放入600oC的爐內,待溫度均勻后,再冷卻至150~200oC,然后出爐空冷。
⑵退火:等溫退火加熱溫度為840~860oC,等溫溫度為700~720oC。
⑶淬火:大型鍛模的淬火溫度為870~900oC ,中、小型鍛模的淬火溫度為900~930oC。
⑷回火
⒊應用:該鋼可代替5CrNiMo鋼,適用于大、中型鍛模,也可用于中、小型鍛模,壽命明顯比5CrNiMo鋼高。例如制作連桿模、前梁模、齒輪模、凸緣節模(深型模)等可提高壽命0.1~0.8倍不等,用作矯正模、彎曲模和平鍛機鍛模,一般壽命都比5CrNiMo高出0.5倍。
5NiCrMoV鋼和5Cr2NiMoVSi鋼:
從20世紀50年代以來,我國厚度小于250mm的模塊多采用5CrMnMo鋼制造,大于250mm的模塊一直都用5CrNiMo鋼制作。與西方國家的常用鋼號相比,碳化物形成元素含量低,熱穩定性差,高溫強度低,鋼中不含釩,淬硬性較低,抗熱磨損和抗熱疲勞性能差,模具壽命短。從20世紀80年代起,我國研制了類似鋼號5NiCrMoV,適當提高了Cr、Ni、Mo的含量,并加入適量V,顯著提高了鋼的淬透性、淬硬性、高溫強度、抗回火穩定性和沖擊韌性,推薦將5NiCrMoV鋼用于大型、復雜形狀、重載荷的錘鍛模和壓力機鍛模。 5Cr2NiMoVSi鋼主要添加了一定量的釩和硅,將碳、鎳、鉻、銅等元素含量合理搭配,從而使得其高溫強度大幅度提高,且具有更高的淬透性和熱穩定性。
⒈力學性能:在500oC以下時, 5Cr2NiMoVSi 鋼的高溫強度與5CrNiMo鋼相近;而當高于600oC時,5Cr2NiMoVSi鋼的強度卻高出一倍以上。熱穩定性溫度提高150~170oC。對于500mm x 500mm截面的鍛模,心部硬度較5CrNiMo鋼高出13HRC。
⒉工藝性能:5Cr2NiMoVSi 鋼的臨界點:Ac1為750oC;Ac3為874oC; Ms為243oC。
⑴鍛造:始鍛溫度為1200oC,終鍛溫度為900oC,鍛坯加熱溫度范圍較寬,鍛造合格率高。
⑵退火:等溫退火加熱溫度為800oC,等溫溫度為720oC。
⑶淬火與回火:推薦淬火溫度為960~980oC,型腔回火溫度為630~670oC,燕尾回火溫度為680~700oC。
⒊應用:5NiCrMoV鋼主要用于大型鍛模,代替5CrNiMo鋼;5Cr2NiMoVSi鋼主要用于各類壓力機模具和3t錘鍛模,平均使用壽命比5CrNiMo鋼提高0.5~1倍,而10t的錘鍛??梢赃x用45Cr2NiMoVSi鋼
5Cr2NiMoVSi鋼的應用實例:制造汽車前梁模,使用設備為12000t機械壓力機,5CrNiMo鍛模平均壽命5000件;5Cr2NiMoVSi鋼模具8500件。 后橋圓柱齒輪,使用設備為630t摩擦壓力機,5CrNiMo鋼制模具壽命800~900件;5Cr2NiMoVSi鋼模具2000~2250件。

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