摘要：5cr2nimovsi鋼是近年來我國(guó)研制出的高熱穩(wěn)定性熱鍛模具鋼。雖然尚未納入gb/t1299-2000《合金工具鋼》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但已在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用多年，效果亦很好。是值得試用推廣的熱鍛模具新鋼種。
5cr2nimovsi鋼是在5crnimo和4cr5mosiv（h11）鋼的基礎(chǔ)上研制的新鋼種。強(qiáng)度高于5crnimo鋼而稍低于4cr5mosiv（h11）鋼；沖擊韌度高于5crnimo鋼和4cr5mosiv（h11）鋼；淬透性接近5crnimo鋼。加熱時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向小，熱處理溫度范圍較寬，有利于大尺寸模塊長(zhǎng)時(shí)間加熱保溫。特別是，鋼的熱穩(wěn)定性高于5crnimo鋼，接近于4cr5mosiv（h11）鋼。因此特別適合于與鍛件接觸時(shí)間較長(zhǎng)因而模具工作面溫升較高的壓力機(jī)鍛模，和模鍛錘鍛模。
雖然5cr2nimovsi鋼未納入gbt1299-2000《合金工具鋼》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但已在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用多年，效果亦好。是值得試用推廣的熱鍛模具新鋼種。
1 5cr2nimovsi鋼的成份與性能
1.1 5cr2nimovsi鋼的化學(xué)成分
1.2 5cr2nimovsi鋼的物理性能
熱導(dǎo)率λ（室溫）·w/（m·k）：33.5。
比熱容cp（室溫）·j/（kg·k）：501.6。
2 5cr2nimovsi鋼的熱加工與鍛造
熱加工鍛造是模具制造工藝過程中的重要工序，模具鍛造質(zhì)量的優(yōu)劣，直接影響到模具熱處理質(zhì)量的優(yōu)劣，關(guān)系到模具的使用壽命。鍛造的目的不僅是為了將坯料鍛造成所需要的形狀，更重要的是可以改善和提高模具的性能，保證模具的使用壽命。
模具鋼經(jīng)合理鍛造后，有如下效果：
a.使塊狀、網(wǎng)狀、帶狀碳化物破碎，分布均勻。
b.改變模具中流線的方向，使流線合理分布。
c.改善模具中的氣孔，疏松，提高鋼的比重和致密度。
3 5cr2nimovsi鋼的熱處理工藝
3.1 預(yù)先熱處理
5cr2nimovsi鋼等溫退火后的組織為粒狀珠光體+極少量未溶碳化物（合金滲碳體.m23c6和少量m6c、mc，總含量為6.79％）硬度為220-230hbw。
3.2 淬火工藝規(guī)范
5cr2nimovsi鋼的淬火溫度范圍較寬，可在960-1010℃范圍內(nèi)選擇。在此溫度范圍內(nèi)加熱，鋼的奧氏體晶粒度在9-10級(jí)之間，溫度升到1060℃時(shí)，奧氏體晶粒開始急劇長(zhǎng)大。
5cr2nimovsi鋼的淬火加熱和冷卻工藝，是影響模具變形和開裂，獲得理想淬火組織和理想力學(xué)性能的關(guān)鍵。由于錘鍛模具尺寸較大，在冷卻過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力及組織應(yīng)力也很大，因此，錘鍛模淬火冷卻前要進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)冷。一般應(yīng)預(yù)冷至鋼的，ac3溫度附近，既880℃左右。預(yù)冷的方式：一是模具隨爐預(yù)冷，均溫后出爐淬火冷卻；二是出爐在空氣中預(yù)冷，小模塊（≤250mm）的預(yù)冷時(shí)間3-5min，大模塊（≥300mm）約5-8min。然后放入30-80℃的油中冷卻。為了冷卻均勻，進(jìn)行攪拌冷卻。鍛模一般冷至約150-200℃時(shí)就應(yīng)從油槽中取出，并立即回火。這時(shí)既可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定：模具提出油面時(shí)冒青煙而不再著火；也可以使用紅外測(cè)溫儀確定。鍛模在油中淬火冷卻的時(shí)間請(qǐng)參照表4。
5cr2nimovsi鋼在960-1010℃溫度范圍內(nèi)淬火后的組織為板條馬氏體+孿晶馬氏體及少量殘余奧氏體。淬火后硬度為54-61hrc。
3.3 回火工藝規(guī)范
5cr2nimovsi鋼具有較好的回火抗力，經(jīng)550℃回火后仍能保持高硬度（51-53hrc）。經(jīng)600℃回火后，硬度為47-48hrc，650℃回火后下降為42-44hrc。而5crnimo鋼經(jīng)650℃回火后硬度不足30hrc。可見5cr2nimovsi鋼的熱穩(wěn)定性比5crnimo鋼高出150℃左右。在450-550℃范圍內(nèi)回火時(shí)，從基體中析出m2c和vc等碳化物，具有較高的彌散度，產(chǎn)生二次硬化效應(yīng)。
由于大、中、小型模具的硬度要求不同，截面尺寸（主要是高度h）也不同，因此推薦的回火溫度范圍也較寬（請(qǐng)參照表5）。
一般情況下，由于模具淬火應(yīng)力很大，如果回火時(shí)加熱速度過快，會(huì)產(chǎn)生新的應(yīng)力，也常會(huì)使模具的變形或開裂的可能性增大，所以在回火加熱時(shí)，應(yīng)采用等溫預(yù)熱分段加熱回火形式。預(yù)熱溫度不應(yīng)高于350℃，高于350℃時(shí)，模具心部的殘余奧氏體將向上貝氏體轉(zhuǎn)變，不僅會(huì)降低模具的強(qiáng)度，而且會(huì)顯著降低模具的沖擊韌性。因此等溫預(yù)熱的溫度一般取280℃左右，此溫度下，殘余奧氏體將向下貝氏體轉(zhuǎn)變。由于下貝氏體具有高的強(qiáng)韌性和沖擊韌性，因而獲得下貝氏體組織是有利于提高模具的使用壽命。
由于5cr2nimovsi鋼含有0.80-1.20％的mo，因此對(duì)第二類回火脆性并不敏感，所以回火后的冷卻可采用空冷。雖然慢冷對(duì)鋼的沖擊韌性略有降低，但值仍然滿足技術(shù)條件要求。
在生產(chǎn)條件下，常常采用一次回火。但由于回火不足（特別是大、中型模塊），在生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)生采用一次回火（加上回火時(shí)問短）后，模具極易產(chǎn)生開裂，有的甚至在未使用的情況下產(chǎn)生開裂。因此，在*次回火后，應(yīng)當(dāng)再進(jìn)行第二次回火，將模具的內(nèi)應(yīng)力降至zui低。
第二次回火必須在*次回火后模具冷卻至室溫，使殘余奧氏體充分轉(zhuǎn)變后才能進(jìn)行。第二次回火溫度應(yīng)低于*次回火溫度約10℃左右。
4 5cr2nimovsi鋼熱處理后的力學(xué)性能
5cr2nimovsi鋼經(jīng)960-1010℃加熱淬火，600-680℃加熱回火后，可獲得較高的綜合力學(xué)性能。
4.1 5cr2nimovsi鋼985℃淬火后的力學(xué)性能。
4.2 5cr2nimovsi鋼的高溫強(qiáng)度
5cr2nimovsi鋼在500℃以下試驗(yàn)時(shí)，高溫強(qiáng)度與5crnimo鋼相近，當(dāng)試驗(yàn)溫度高于600℃時(shí)，5cr2nimovsi鋼的高溫強(qiáng)度比5crnimo鋼高出一倍以上。這與5crnimo鋼中的m3c碳化物在高溫下易聚集長(zhǎng)大有關(guān)。
4.3 5cr2nimovsi鋼高溫沖擊韌度
500-550℃是模具工作面的工作溫度范圍，在此溫度下，5crnimo鋼的沖擊韌度處于谷值，而5cr2nimovsi鋼的沖擊韌度僅有少許下降，比5crnimo鋼高出一倍。
5 5cr2nimovsi鋼在汽車前軸鍛模中的應(yīng)用
東風(fēng)eq140型汽車前軸鍛模的尺寸為1825×395×300mm，熱處理后的硬度要求為37-41hrc。鍛模在工作中所受的沖擊力比較小，但與鍛件接觸的時(shí)間長(zhǎng)。模具表面的工作溫度較高。因此要求模具有高的高溫強(qiáng)度、耐磨性、抗回火穩(wěn)定性及耐熱疲勞性。
原前軸模在采用5crnimo鋼制造時(shí)，由于熱穩(wěn)定性及強(qiáng)度低，不能滿足壓力機(jī)模具對(duì)性能的要求，使用中常因熱磨損和熱裂嚴(yán)重而失效，使用壽命一般為5500-6000件。在改用5cr2nimovsi鋼制造后，使用壽命顯著提高。
按上述熱處理工藝生產(chǎn)的5cr2nimovsi鋼制前軸鍛模的使用壽命達(dá)到了9000件左右，比5crnimo鋼提高了50％左右，效果比較明顯。
6 結(jié)語(yǔ)
（1）5cr2nimovsi鋼經(jīng)960-1010℃加熱淬火，600-680℃加熱回火后，可獲得較高的綜合力學(xué)性能。
（2）5cr2nimovsi鋼具有較高的熱穩(wěn)定性，比5crnimo鋼高150℃以上。
（3）5cr2nimovsi鋼鍛模的使用壽命比5crnimo鋼鍛模提高50％以上。
（4）5cr2nimovsi鋼是值得試用推廣的熱鍛模具新鋼種。
（5）45cr2nimovsi鋼的化學(xué)成分除c和si比5cr2nimovsi鋼略低外，其它化學(xué)成分基本一致，因此可參照上述工藝進(jìn)行熱處理。