4Cr5MoSiV1钢是含Cr5%的中合金热作模具钢的代表性钢号,在目前是我国应用最广泛的热作模具钢,它是在 4Cr5MoSiV的基础上稍稍增加Mo和V含量而成,与 4Cr5MoSiV相比性能基本相同,某些性能有所改善,尤其是抗热疲劳和耐磨性。钒碳化合物的分散性也好。该钢也具有二次硬化效应,抗回火性能较好,在高温(600℃左右)仍能保持较高的硬度和强度。淬透性好,可空冷硬化。其突出的优点是抗热疲劳性能和抗铝液溶损性好,在热加工工序间可安全地用水冷却。由于含V量高,耐磨性好。已成为铝合金、镁合金压铸模成形零件的常用材料。该钢有良好的渗氮工艺性能,渗氮后可进一步提高耐磨性和耐蚀性。压铸模成形零件最终经渗氮处理已成世界潮流,但我国至今还不普遍。该钢易遭氢脆。
4Cr5MoSiV1钢源自美国的H13(ASTM、AISI),1985年已纳入我国合金工具钢标准。世界各国都有同类型钢种钢号,如国内应用较多的瑞典ASSAB公司的8402,8407,瑞典的2242(SIS),英国的BH13(BS),日本的SKD61(JIS),大同特钢的DHA1,日本金属公司的DAC、FDAC。大韩民国的STD61(KS),德国的X40CrMoV5-l(DIN),葛利兹特钢的1.2344系列,法国的X40CrM〇V5(NF),奥地利百禄公司的W302,俄国的4X5M01C(rOCD,法国阿赛洛集团的AH-61(原USINOR)等等,不胜枚举。
4Cr5MoSiVl钢的用途与 4Cr5MoSiV钢相同,由于性能较好,应用更广泛和普遍。
1.化学成分
2.物理性能
表5-65 临界温度
表5-66 线膨胀系数
表5-67 热导率
3.热加工
4.热处理
(1)预先热处理
图5-62 4Cr5MoSiV1钢的锻后退火工艺
图5-63 4Cr5MoSiV1钢去应力退火工艺
表5-69 退火后的硬度和组织
(2)淬火
图5-64 4Cr5MoSiV1钢的奥氏体等温转变曲线
试验用钢成分(质量分数%):C0.40,Si1.05,Cr5.0,Mo1.35,V1.10:奥氏体化温度1010℃
图5-65 4Cr5MoSiV1钢淬火温度与硬度、晶粒度的关系
表5-70 淬火规范
(3)回火
图5-66 4Cr5MoSiV1钢回火硬度曲线
(1020℃油淬、两次回火)
图547 4Cr5MoSiV1钢淬火和回火后的变形率
图5-68 4Cr5MoSiV1钢不同温度回火后的室温力学性能
(1020℃油禅,两次回火)
表5-71 回火温度与硬度的关系
注:试验用钢成分:C0.42,Si0.99,Mn0.42,Cr5.19,Mo1.64,V1.01,P0.02,S0.005。
试样淬火1050±10℃油冷,硬度57.4~60.3HRC。
真空电弧炉重熔(VAR)或电渣重溶(ESR)的 4Cr5MoSiV1钢具有比普通电弧炉(大气)培炼的钢有更好的纯净度和组织均匀性,纵向和横向的性能差异小,特别是疲劳性能和冲击籾度有明显的提高。因此,在生产大截面尺寸的 4Cr5MoSiV1钢和要求横向性能具有较高延性,冲击韧度和耐疲劳的 4Cr5MoSiV1钢时,一定要用VAR或ESR方法精炼。值得强调指出的是,韧度和耐疲劳性能的提高并不是牺牲(降低)硬度获得的,因而不影响耐磨性。提高钢的纯净度和各向同性,对钢的导热性也有正面的积极作用,导热性好可使模具更快地散热,保持模具成形零件的硬度不降低,从而延长模具使用寿命。VAR精炼的钢材在多向同性和纯净度方面都优于电渣重熔(ESR)的钢材。
表5-72 大气熔炼和电渣重熔的美国H13钢横向力学性能比较
注:1.试样取自圆棒料(大气溶炼¢335mm,电渣重熔¢457mm)的1/2半径外。
2.试样1010℃油泮,588℃X2次回火,硬度48HRC。
表5-73 4Cr5MoSiV1(H13)的典型纵向室温力学性能
注:圆棒料,从1010℃(1850°F)油淬并二次回火,在指定温度保持2+2小时。
表5-74 4Cr5MoSiV1(H13)钢棒料(a)的纵向瞬时抗拉性能
注(a)从1010℃油淬并二次回火到指定硬度。
(b)在527℃回火2X2h。
(c)在575℃回火2X2h。
(d)在605℃回火2X2h。
表5-75 在不同温度回火的H13( 4Cr5lloSiV1)棒料的纵向冲击韧度
①从1010℃:空冷,并二次回火,在指定温度下各回火2h;②室温;③565℃。
图5-69 4Cr5MoSiV1钢高温力学性能
(1020℃油淬,580℃两次回火)
图5-70 4Cr5MoSiV1钢回火稳定性曲线
1-- 4Cr5MoSiV1;2-- 4Cr5MoSiV;3-- 4Cr5M2VSi;4-- 4Cr5Mo2MnVSi;5-- 4Cr5WMoSiV。
图5-71 H13(Cr5MoSiVl)的典型热硬度
试样从1010℃油淬并两次回火,在指定温度下回火2次2h
表5-76 疲劳极限
表5-77 回火规范
①通次回火,第二次回火温度应比第一次低20℃。
(4)表面处理
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