20世纪30年代初应用的热作模具钢，至今仍有较广泛的应用。该钢以良好的综合力学性能和良好的淬透性而著称，具有良好的塑性、韧性、尺寸效应不敏感。该钢的不足之处是工作温度稍低，锻坯中易产生白点。热作模具钢：5CrNiMo临界点：Ac1730、Ac3780和Ms230。标准：GB/T1299-1985对应美国:L6（AISI），日本SKT4（JIS）日本GFA（大同）日本DM（日立），德国1.2713（W-Nr）。法国55NiCrMoV7（NF）一、化学成分表一、5CrNiMo钢的化学成分（GB/T1299—2000）w/％SiMnCrNiMo0.50～0.600.350.50～0.800.50～0.801.40～1.800.15～0.300.030二、特性1、5CrNiMo钢中碳含量保持在0.40%～0.60%，可获得较高的强度与耐热疲劳强、一定的硬度与耐磨性、良好的韧性与导热性。2、5CrNiMo钢中加入Cr、Ni、Mo元素主要是提高钢的淬透性，尤其是共同作用时，淬透性提高悬殊。如300mm*300mm*400mm*的模具即可淬透。同时三元素固溶于铁表体中起固溶强化作用。3、5CrNiMo钢中除Ni外，Cr、Mo元素还可固溶于Fe3C中形成（Fe、Cr、Mo）3C，改善其硬度，提高钢的耐磨性。Ni元素还可强烈的改善钢的韧性与耐热疲Mo元素可减少回火脆性和细化晶粒。5、Cr、Mo元素共同作用显著提高钢的回火稳定性。6、Cr、Ni元素的共同作用使刚产生抗氧化物和耐蚀性。7、5CrNiMo钢淬火时，Cr、Ni、Mo三元素固溶于奥氏体中，提高钢的淬透性。淬火后三元素固溶于基体组织中，固溶强化基体组织和提高基体组织的回火稳定性。回火时除Ni元素仍存在于基体组织中外，Cr、Mo元素以（Fe、Cr、Mo）3C碳化物析出。由于碳化物的析出及聚集需较高的回火温度和较长的时间，这就形成了钢的热稳定性或耐磨性。析出的（Fe、Cr、Mo）3C碳化物与淬火时未溶的少量Mo元素的碳化物，再加强任性俱佳的基体组织，相互作用共同合作使钢在一定温度产生和保持一定强度、硬度、与耐磨性。8、5CrNiMo钢淬火时未溶的少量Mo元素的碳化物，阻止了奥氏体的长大，起到细化晶粒作用，使刚产生良好强度与韧性。三、工作条件1、模腔表层金属受热通常锤锻模5CrNiMo钢工作时,其模腔表面温度可达300～400以上。压铸模模腔温度与压铸材料种类及浇注温度有关。为此．对热模具钢5CrNiMo的基本使用性能要求是热塑变抵抗力高，包括高温硬度和高温强度、高的热塑变抗力，实际上反映了钢的高回火稳定性。2、模腔表层金属产生热疲劳（龟裂）5CrNiMo钢的工作特点是具有间歇性．每次使热态金属成形后都要用水、油、空气等介质冷却模腔的表面。因此．热模的工作状态是反复受热和冷却，从而使模腔表层金属产生反复的热胀冷缩，即反复承受拉压应力作用．其结果引起模腔表面出现龟裂，称为热疲劳现象。由此，对热模具5CrNiMo钢提出了第二个基本使用性能要求．即具有高的热疲劳抵抗力。四、热加工5CrNiMo钢具有良好的韧性、强度和高耐磨性。它在室温和500～600时的力学性能几乎相同。在加热到500时，仍能保持住HB300左右的硬度。由于钢中含有钼，因而对回火脆性并不敏感。从600缓慢冷却下来以后，冲击韧性仅稍有降低。表二、5CrNiMo钢的热加工工艺项目加热温度/开始温度/终止温度/冷却钢锭钢坯1140~11801100~11501100~11501050~1100880~800850~800注：5CrNiMo钢在空气中冷却既能淬硬，并易形成白点，因此，锻造以后应缓慢冷却。对于大型锻件，必须放到加热至600的炉中，待其温度一致以后，再缓慢冷却到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，立即进行回火加热。）五、热处理退火5CrNiMo因淬火出油温度低，容易开裂，实际操作时为避免开裂，常于200左右即出油，这样，在模具表面获得了一层马氏体组织，但心部仍处于奥氏体状态，在380~450回火时，心部的过冷奥氏体即转变为上贝氏体组织，冲击韧性极差，模具寿命很低。为了提高热锻模使用寿命，可采用等温处理方法，即淬火加热后，将模具与160~180硝盐中分级停留，使发生部分马氏体转变，然后再转入280~300硝盐中等温停2~3h；或将模具放入150油中，再转入280~300硝盐中停留2~3h。此时，模具钢的组织由马氏体+下贝氏体+少量残余碳化物组成，回火后获得回火下贝氏体组织，模具寿命明显提高。（对5CrNiMo锻模采用150出油，再进入300硝盐中等温3h，使用寿命可提高20%~50%退火：普通退火。以30/h速度加热到760～780，保温4～6h，炉冷到500出炉空冷，硬度为197～241HBSAc1710,Ac3770,加热温度在Ac3线之上，得到珠光体组织+块状铁素体。等温退火。以30/h速度加热到850～870，保温时间2～4h，炉冷到650～680后等温4～6h，炉冷到500以下出炉空冷，硬度为197～241HBS，Ac1710,Ac3770，加热温度在Ac3线，以获得退火组织片状珠光体+块状铁素体。其退火工艺曲线如图一、图二所示：图一：5CrNiMo锻轧后完全退火工艺图二：5CrNiMo锻轧后等温退火工艺淬火5CrNiMo钢具有很高的淬透性，所以，钢的淬火可以采用许多冷却方式，如油淬、分级淬火或等温淬火。其中最常用的是油淬。5CrNiMo钢中的碳化物主要是M3C，加热到950以上可全部溶于奥氏体，但晶粒较粗大。在880淬火后的组织为针状马氏体和少量板状马氏体。在900淬火后其组织主要是板条状马氏体，仅有少量针状马氏体。这类钢在830淬火，200～250回火后有良好的力学性能，硬度约为54HRC。在300左右回火，韧性下降，应避免采用。图三为奥氏体随时间变化的等温转变图。图三：奥氏体等温转变图（试验用钢（%）：0.55C,0.87Cr,1.80Ni,0.23Mo,0.77Mn,0.30Si;奥氏体转化温度870～880）5CrNiMo钢推荐的淬火工艺注：1.大型模具淬火加热温度采用上限值，小模具（边长在200～300mm以下）采用下限值；.为了避免锤锻模在淬火时产生大的应力和应变，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，热透后再使炉温升高；为了加热的更好要将模具放在高60～100mm的垫板上加热。淬火温度冷却硬度（HRC）介质介质温度/延续830～86020～30至150～180后立即回火53～58回火5CrNiMo钢的硬度及强度随回火温度的升高而下降，塑性及冲击韧度值则随 回火温度的升高而增加。5CrNiMo 400以下工作可以保持较高强度，高于400时强度急剧下降。5CrNiMo 钢的锤锻模回火包括模腔和燕尾两个部分的 回火，由于燕尾直接与锤头接触，它的硬度应高于锤头，此外，燕尾的根部易引 起应力集中，因而硬度也不宜太高，通常，燕尾的应低于模腔的硬度。一般锤锻 模的回火温度不宜太低，如果太低，回火后硬度高，其韧性不足，在工作中模腔 易出现裂纹；但回火温度也不宜太高，如果太高，硬度、强度和耐磨性降低，从 而使模面以被压坏或加速磨损。5CrNiMo 钢的KIC 值对奥氏体晶粒度不敏感。 当回火温度低于450时，断口形貌均为沿晶断裂加准理解，并以沿晶断裂为 主。回火温度高于450时，断口形貌为韧窝状。生产上对不同尺寸的锤锻模 有不同的硬度要求，采用的回火温度如表四所示。为了防止第二回火脆性，回火 后采用油冷，在100出油。为了消除油冷所造成的内应力，可在160~180再 补充一次低温回火。燕尾可采用单独加热回火和自行回火的方法。单独加热回火 是在保证模腔达到的硬度要求后,再用专用电炉或用盐浴炉来对燕尾部分单独进 行回火加热。自行回火方法是将淬火加热后的锻模整体淬入油中一段时间后把燕 尾提出油面停留一段时间，依靠其本身的热量使温度回升，如此反复操作3～5 次即可。 表四、5CrNiMo 钢推荐的回火工艺 方案 回火用途 加热温度/ 加热设备 硬度（HRC） 锻模消除应力，稳定组织与尺寸小型锻模 中型锻模 大型锻模 490～510 5205～40 560～580 煤气炉或电炉 44～47 38～32 34～37 锻模燕尾回火煤气炉或电炉 中型锻模小型段模 620～640 640～660 34～37 30～35 六、实际应用 5CrNiMo 钢是目前国内用量较大的锤锻模钢通用性强，大、中、小型模 块，深、浅型槽的模块均可使用。由于 5CrNiMo 钢具有良好的淬透性，该 种钢更适合用于大批量生产。300mm400mm300mm 的大块钢料，自 820 560回火后，断面各部分的硬度几乎一致。该种钢易形成白点，需要严格控制冶炼工艺及锻轧后的冷却制度。适合制造各种形状复杂，冲击 载荷大、工作温度不太高、边长400mm大中型锤锻模及切边模，用于制造 形状简单、一般制造工艺冶炼采用真空精炼工艺确保钢材纯洁，采用大型 专业的热处理使钢材获得最佳的预硬化效果、硬度均匀分布.。 参考文献： 1、模具材料及表面处理/吴兆祥主编/机械工业出版社/2008.8 2、模具材料及表面处理/康俊远主编/北京理工大学出版社/2007.6 3、模具材料及表面处理/张清辉主编/电子工业出版社/2002.3