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4Cr5MoSiV1冷、热兼用模具钢

(1)材料的特性

4Cr5MoSiVl钢是冷、热兼用模具钢。该钢铬含量较高,具有高的淬透性,淬火时空冷即可得到马氏体组织。碳含量属低中碳,以保证钢淬火、回火后的强硬性,同时使钢有好的导热性和较高的冲击韧度;Mo提高钢的淬透性和耐回火性,减少或抑制回火脆性;Si增加钢的淬透性和耐回火性,提高基体强度;V细化晶粒,提高淬透性。Cr、Mo、V属强碳化物形成元素,高温回火时产生二次硬化,在获得高耐回火性的同时,提高耐磨性、抗热疲劳性、抗氧化性和冲击韧度。

该钢经淬火、回火处理后,综合性能好,组织均匀致密,耐磨性和热疲劳抗力高,变形小。采用此钢制作的铝合金压铸模,至少在压铸上万次之后方出现热疲劳裂纹。但是,若钢的表面出现贫碳层,即使脫碳层厚度很薄,也能明显损坏模具钢的疲劳抗力。该钢在600℃左右的综合性能好,淬透性高,在空气中即能淬硬,热处理变形率较低,其性能及使用寿命高于3Cr2W8V钢。

热挤压模具是在高温、高压下作业,并承受周期载荷的作用,因此对模具钢的性能要求相当高,一般制作模具的材料应具有热稳定性、热疲劳性、热耐磨性和足够的韧性。国内常用3Cr2 W8V钢制作模具,它的韧性低,抗疲劳强度不好,即使采用高温淬火等工艺处理措施也不能满足要求,模具的早期失效十分严重,近年来已被4Cr5MoSiV1模具钢所取代。

该钢与3Cr2W8V钢相比,一是有良好的高温综合性能和较高的热疲劳抗力;二是组织中含有较多的Cr、Mo元素,氮化处理时能生成丰富稳定的氮化物并弥散分布。由于该钢对淬火温度很敏感,且在高温下的淬透性能优良,所以应对其实行高温淬火。

(2)供货状态

退火态,硬度≤229HBW。

(3)化学成分

C

Si

Mn

Cr

Mo

V

P

S

0.32%~0.45%

0.80%~1.20%

0.20%~0.50%

4.75%~5.50%

l.10%~1.75%

0.80%~1.20%

≤0.03%

≤0.03

(4)参考对应牌号

中国GB标准牌号4CI5 MoSiV1、中国台湾CNS标准牌号SKD61、日本JIS标准牌号SKD61、日本日立(HITACHI)标准牌号DAC、日本不二越(NACHI)标准牌号HDS61、韩国KS标准牌号STD61、美国UNS标准牌号T20813、美国AISI标准牌号H13、国际标准化组织(IS0)标准牌号40CrMoMoV5、德国DIN标准牌号X40CrMoV51、德国DIN标准材料编号1.2344、奥地利百禄(BOHLER)标准牌号W302、瑞典一胜百(ASSAB)标准牌号8402/8407、法国NF标准牌号X40CrMoV5、俄罗斯TOCT标准牌号4X5NΦ1C、英国BS标准牌号BH13。

(5)典型应用举例

1)用于锌合全  铝合金、镁合金、铜合金材料的压铸模。

2)该钢是制作大中型铝合金压铸模的最佳材料之一。

3)用于锌合金、铝合金、镁合金、铜合金材料的压铸模推杆等,淬火硬度45~50HRC。

4)用于连杆热锻模,经淬火、回火后可保持良好的热稳定性、强韧性和耐磨性能,使用寿命大幅度提高。

5)可用作模锻锤锻模、热挤压模具、高速精锻模具。

6)用该钢和3Cr2W8V钢制作同种模具,前者的使用寿命是后者的3~5倍。

7)用优选的真空热处理工艺处理的挤压模具,模具使用寿命较常规热处理提高2~3倍。

8)适合热模锻压力机工况条件下使用,可保持良好的热稳定性、强韧性和耐磨性,使用寿命大幅度提高。

(1)物理性能

4)线胀系数:温度20~100℃/20~200℃/20~300℃/20~400℃/20~500℃/20~600℃/20~700℃ ,线胀系数 9.1 × 10-6K-1/10.3 × 10-6K-1/11.5 × 10-6K-1/12.2 × 10-6K-1/12.8  × 10-6K-1/13.3 × 10-6K-1/13.5 × 10-6K-1。

(2)热加工规范

(3)锻后退火规范

随炉升温至860~890℃,保温3~4h,以≤30℃/h的冷却速度,炉冷至≤500℃,出炉空冷,硬度≤229HBW。

(4)去应力退火规范

随炉升温至730~760℃,保温3~4h,以≤30℃/h的冷却速度炉冷,硬度≤241HBW。

(5)淬火、回火规范

淬火温度1000℃,油冷,回火温度590℃,两次回火,第二次回火温度应比第一次低20℃,硬度47~49HRC。

(6)推荐淬火、回火规范

1)预热温度600~630℃,保温,1.5~2h,然后升温到830~850℃,保温1.5~2h。

2)淬火温度1040~1080℃,保温2~2.5h,出炉油冷,冷至130℃左右时,取出空冷。

3)淬火后必须在1~2h内进行回火。加热温度380~400℃,保温lh,第一次回火温度580~600℃,保温2h,第二次回火温度560~580℃,保温2h,出炉空冷。

(7)真空淬火规范

(8)推荐的表面处理规范

2)碳氮共渗温度580℃,共渗时间8h,介质天然气+氨,扩散层深度0.25~0.30mm,硬度860~635HV。

3)氮化温度530~550℃,氮化时间12~20h介质氨,扩散层深度0.15~0.20mm,硬度760~550HV。

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