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5CrNiMo低合金热作钢(T20103)

5.1低合金5CrNiMo热作钢5.1.1 5CrNiMo(T20103)

 5CrNiMo钢是我国低合金5CrNiMo热作钢的代表性钢号。该钢有良好的韧度和强度，一定的耐磨性，淬透性良好。400mmX300mmX300mm钢坯淬火回火后硬度均匀，表面和心部的硬度差仅1~2HRC。 5CrNiMo钢有白点敏感性，回火稳定性也不太高。

国外同类型钢号有德国的55NiCrMoV6(DIN)，日本的SKT4(JIS)，俄国的5XHM，55NiCrMoV2(ISO),欧共体的55NiCrMoV7(EN),美国的近似钢号为L6(AISI、ASTM),但L6碳含量高（0.65~0.75%),V作为残剩合金元素约0.2~0.3%。除俄国的5XHM钢外，外国的同类型钢号都含有少量V，所以性能好。在美国，由于该钢的热强性、热稳定性有限，所以不归入5CrNiMo热作钢而作为特殊用途低合金工具钢L类。L类钢原有七个钢号，现只剩下L2和L6两个。从化学成分上比较，美国用作热镦锻模镦头的非标准钢号6F2、6F3与 5CrNiMo比较接近。我国《模锻锤和大型机械锻压机用模块》标准（GB11880二1989)中列有 5CrNiMoV钢，含w(V)0.10%~0.30%，w(Cr)也由0.50%~0.80%提高到0.80%~1.10%。

该钢在我国主要用于中小型锻模，而且边长不大于300mm，工作温度低于500℃。

5CrNiMo钢也可作形状复杂的铸造模具零件。铸钢和锻钢有同样的强度和耐磨性，只是韧度较低，比锻钢低约25~35%。铸钢淬火温度应取正常淬火温度的下限（820℃左右）为宜，然后回火到48~50HRC,有较好的耐磨性。

1.化学成分

[GB/T1299-2000(质量分数）（％)]

2.物理性能（见表5-2~表5-8)

表5-2 临界温度

表5-3 线膨胀系数

表5-4 弹性模量

表5-5 切变模量

表5-6 弹性模量与切变模量的比值（平均比值为2.500)

表5-7 热导率

表5-8 比热容

3.热加工

注： 5CrNiMo钢在空气中冷却可能淬硬，并易形成白点，因此，锻造以后应缓慢冷却。对于大型锻件，必须放到600℃；左右的炉中，待其温度一致以后，再缓慢地冷却到150~200℃,然后在空气中冷却。对于较大的锻件，建议在冷却到150~200℃以后，立即进行回火。4.热处理

(1)预先热处理（见图5-1~图5-3和表5-10)

图5-1 5CrNiMo钢的锻模翻新退火工艺

图5-2 5CrNiMo钢的锻后等温退火工艺

图5-3 5CrNiMo钢的锻后退火工艺

注：退火加热保温时间，在全部炉料到达退火温度后，保温4~6h,冷却时的等温保温4~6h。

表5-10退火后的组织和硬度

(2)淬火（见图54~图5-7和表5-11)

表5-11 淬火规范

注：

• 1.大型模具淬火加热温度采用上限值，小型模具（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变形，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。

图5-4 5CrNiMo钢的奥氏体等温转变图

试验用钢成分（质量分数）（％):C0.55%，Cr0,87%，Nil.80%Mo0.23%，Mn0.77%，Si0.30%;奥氏体化温度870~880℃

图5-5 5CrNiMo淬火温度对硬度的影响

图5-6 5CrNiMo奥氏体连续冷却转变曲线

试验用钢成分（质量分数）（％):C0.52，Si0.32，Mn0.69，Cr0.66，Nil.63，Mo0.23，P≤0.01，S0.08，V≤0.03；原始状态：退火；奥氏体化温度：880℃，20min

图5-7 5CrNiMo锤锻模淬火工艺

(3)回火

图5-8 5CrNiMo钢回火温度与室温力学性能的关系

图5-9 5CrNiMo钢回火温度与冲击韧度的关系（880℃加热15min油冷)

图5-10 5CrNiMo回火温度与硬度的关系（880℃加热15min油冷)

图5-11 5CrNiMo钢的高温力学性能[试验用钢化学成分

（质量分数）（％):C0.52,Si0.32,Mn0.69,Nil.63,Ci0.66,Mo0.23:试验试样调质硬度41.2HRC]

图5-12 5CrNiMo钢硬度与冲击韧度的关系

图5-13 5CrNiMo回火后之冷速对冲击韧度的影响

图5-14 5CrNiMo钢大型锻模回火工艺

(模高275~375mm)

图5-15 5CrNiMo钢大型锻模燕尾部分回火工艺

(模高度275~375mm)

表5-12 回火规范

表5-13 回火温度与硬度关系

室温冲击吸收功A_KU30.0~32.0J。

室温断裂韧度K_1C109.65~136.8MPa·m^1/2。

表5-14 高温硬度

注：试样原始硬度：41.0~41.6HRC。

表5-15 高温冲击韧性

表5-16 热疲劳性能

注：

• 1.试验用钢成分与物理性能试验用钢成分相同。
• 2.热疲劳试验方法见参考文献[2]《5CrNiMo热作钢的选择与应用》。
• 3.级别愈高表示热疲劳性能愈差。

表5-17 热磨损性能

a.（S.R.Tittagala法（800~850℃压力784~850N)

b.A.Tbotnas法

注：

• 1.失重愈大表示抗热磨损差。
• 2.试验方法及条件参见参考文献[2]。

4. 5CrNiMo钢的质量效应（尺寸效应)

大截面工件淬火时由于表层和心部的冷却速度不同，因而所得到的淬火质量效果不同。钢的这种工艺性能称谓质量效应（masseffect)，也叫尺寸效应（size•effect),钢的质量效应见表5-18~表5-20。

表5-18 表层力学性能

经850℃油淬62HRC和500℃二次回火试样硬度41.3HRC。

表5-19 心部力学性能

注：经850℃加热模拟块心部冷却速度为13℃/min淬火，硬度为31.6HRC;400℃回火，试样硬度31.6HRC。

表5-20 表层与心部力学性能变化幅度比较

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发表时间：2016/9/27 9:19:11