| ASP23低耐熱高韌性熱作模具鋼及熱處理 |
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ASP23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的錘鍛模可以選用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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