淺議5CrNiMo鋼的熱處理工藝

（撫順市技師學(xué)院，遼寧 撫順 113123）

5CrNiMo鋼具有良好的韌性、強(qiáng)度和高耐磨性。它在室溫和500～600℃時(shí)的力學(xué)性能幾乎相同。在加熱到500℃時(shí)，仍能保持住HB300左右的硬度。由于鋼中含有鉬，因而對(duì)回火脆性并不敏感。從600℃緩慢冷卻下來(lái)以后，沖擊韌性?xún)H稍有降低。5CrNiMo鋼還具有良好的淬透性。300mm×400mm×300mm的大塊鋼料，自820℃油淬和560℃回火后，斷面各部分的硬度幾乎一致。該鋼的不足之處是工作溫度稍低鍛坯中易產(chǎn)生白點(diǎn)。該鋼適合于制造形狀復(fù)雜、沖擊負(fù)荷大，要求強(qiáng)度和韌性較高的中大型錘鍛模。

1 5CrNiMo熱鍛模的熱處理

1.1 鍛造與退火

5CrNiMo鋼雖然是經(jīng)過(guò)軋制和退火的鋼材，但軋材纖維組織具有各向異性且尺寸較大。為使其性能均勻并得到適當(dāng)尺寸，須對(duì)其鍛造。鍛造加熱溫度為1100～1150℃，始鍛溫度為1050～1100℃，終鍛溫度為800～850℃。鍛造后為了防止產(chǎn)生白點(diǎn)應(yīng)緩冷至150～200℃，然后再冷空。鍛后模塊須進(jìn)行退火或高溫回火以消除應(yīng)力、細(xì)化晶粒、均勻組織等。5CrNiMo熱鍛模鋼坯的退火的加熱溫度為830～850℃，保溫時(shí)間為4～6小時(shí)，硬度（HBS）為197～241；它的高溫回火加熱溫度為650～500℃，保溫時(shí)間的計(jì)算方法為1.5～2min/mm，冷卻方式為空冷。

1.2 淬火和回火

1.2.1 淬火

為了賦予熱鍛模最終的力學(xué)性能，要進(jìn)行淬火及高溫回火，使基體獲得回火屈氏體或回火索氏體組織，以保證較高的韌性。

淬火前需進(jìn)行準(zhǔn)備工作。根據(jù)模具的幾何形狀，對(duì)模具上的孔、薄邊、棱角要用石棉堵塞或鐵皮包裹，以降低該處的冷卻速度，防止開(kāi)裂。若在箱式電爐中加熱，須防止氧化脫碳。在可控氣氛或真空爐中進(jìn)行加熱時(shí)，為保證熱處理模具表面光潔，要預(yù)先清除模具的表面銹污和油污。小型鍛?？稍邴}浴爐中加熱，但要嚴(yán)格進(jìn)行脫氧操作。鍛模一般均經(jīng)預(yù)熱，以減小截面上的溫差，減小熱應(yīng)力，防止開(kāi)裂。

淬火溫度的選擇原則是保證鋼淬火時(shí)獲得較高的淬透性和保持細(xì)細(xì)的晶粒。當(dāng)淬火溫度在850℃以下時(shí)，隨著淬火溫度的升高，由于奧氏體中的碳及合金度逐漸增加，強(qiáng)化了淬火馬氏體，5CrNiMo鋼的硬度相應(yīng)升高。當(dāng)溫度升高到850℃左右時(shí)，硬度達(dá)到最高值。溫度繼續(xù)升高會(huì)造成Ms點(diǎn)的下降，淬火后殘余奧氏體量增加，馬氏體也變得粗大，因而使熱鍛模的韌性大大降低。

應(yīng)以熱透為原則確定加熱時(shí)間，熱鍛模的加熱保溫時(shí)間一般按鍛模的高度來(lái)計(jì)算。在箱式電爐加熱時(shí)，經(jīng)預(yù)熱的鍛模加熱系數(shù)采用0.8～1min/mm，當(dāng)模具加熱顏色與爐子顏色一致后開(kāi)始計(jì)算加熱保溫時(shí)間。加熱裝箱的模具時(shí)，應(yīng)把鑄鐵屑或舊木炭裝箱的厚度計(jì)算在內(nèi)。在鹽浴爐加熱時(shí)，一般需經(jīng)預(yù)熱。

由于5CrNiMo鋼含有強(qiáng)烈增加淬透性的合金元素（鉻和鎳），可以使等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)大大右移。過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性大，淬透性高，模具尺寸在200mm以下油冷可以完全淬透，因此5CrNiMo鋼的淬火可采用多種冷卻方式，如油冷、硝鹽分級(jí)或等溫淬火。

1.2.2 回火

熱鍛模的回火包括模面及燕尾兩個(gè)部分的回火。要求熱鍛的模面回火后能消除內(nèi)應(yīng)力，并獲得均勻的回火屈氏體組織。5CrNiMo熱鍛?；鼗鸷蟮挠捕炔灰颂撸捕雀咂漤g性不足，模面易出現(xiàn)裂紋，但回火溫度也不宜過(guò)高，因?yàn)檫@樣雖然可以提高韌性，但會(huì)使硬度、強(qiáng)度和耐磨性降低，使模面容易被壓壞或加速磨損，因此回火溫度必須適當(dāng)。對(duì)于不同尺寸的5CrNiMo熱鍛模，回火工藝有不同的要求，如表1所示。

由于鍛模在淬火狀態(tài)下具有很大的內(nèi)應(yīng)力，如果直接裝入已升到回火溫度的爐中回火加熱，易引起開(kāi)裂，所以經(jīng)常先放入350～400℃爐內(nèi)均熱后再緩慢升溫到回火溫度?；鼗鸨貢r(shí)間可按鍛模高度計(jì)算，加熱系數(shù)為1.5～2min/mm。但為了充分消除內(nèi)應(yīng)力，并使組織均勻，一般不能少于2h。為防止第二類(lèi)回火脆性，回火后采用油冷，在100℃左右出油。為消除油冷所造成的內(nèi)應(yīng)力，可在160～180℃溫度再補(bǔ)充一次低溫回火。

2 JN150汽車(chē)轉(zhuǎn)向節(jié)熱鍛模的熱處理工藝實(shí)例

2.1 結(jié)構(gòu)尺寸

轉(zhuǎn)向節(jié)鍛模結(jié)構(gòu)如圖1，

其尺寸為700mm×675mm×400mm。

2.2 材料

5CrNiMo鋼。

2.3 技術(shù)要求

?

模面硬度36～39HRC；燕尾硬度25～30HRC。

2.4 熱處理工藝

轉(zhuǎn)向節(jié)鍛模的淬火、回火工藝如圖2所示。

2.5 用鋼及熱處理工藝分析

此鍛模屬于大型鍛模，根據(jù)其服役條件和性能要求，一般選用5CrNiMo鋼制造。由于此鍛模尺寸較大，采用箱式電爐淬火加熱。由于5CrNiMo鋼的導(dǎo)熱性很差，為減少加熱時(shí)的內(nèi)應(yīng)力，應(yīng)采用分段加熱法，即加熱至500～600℃保護(hù)4h后，再升溫至840～800℃，保溫6h，出爐后出去鐵盤(pán)和保護(hù)劑，清理模面，在空氣中預(yù)冷至780～800℃后垂直淬入油中，在油中停留時(shí)間約50～60min，待鍛模冷到Ms點(diǎn)（約250℃）以下，即200℃左右時(shí)（提鍛模時(shí)冒淡青白色煙）立即取出空冷，并及時(shí)將鍛模裝入300～400℃的爐中進(jìn)行回火，保溫3～4h后升溫至550～570℃，保溫6h油中冷卻。第二次回火要在第一次回火冷至室溫后再進(jìn)行。最后在160～180℃進(jìn)行低溫回火，以消除油冷時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。燕尾回火：采用鹽浴加熱，溫度最好采用600～650℃，這樣能使熱鍛模壽命增長(zhǎng)。通過(guò)這一系列的熱處理工藝，使5CrNiMo鋼具備了較高的強(qiáng)度和抗冷熱疲勞性能與一定的耐磨性，且具有了良好的韌性，防止了5CrN－iMo鋼在使用中的變形與開(kāi)裂。

[1]蔣敏球.模具材料與熱處理[D].中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2008.

[2]王英杰，金升情.金屬材料及熱處理[D].機(jī)械工業(yè)出版社，2012.