淺議5CrNiMo鋼的熱處理工藝

（撫順市技師學院，遼寧 撫順 113123）

5CrNiMo鋼具有良好的韌性、強度和高耐磨性。它在室溫和500～600℃時的力學性能幾乎相同。在加熱到500℃時，仍能保持住HB300左右的硬度。由于鋼中含有鉬，因而對回火脆性并不敏感。從600℃緩慢冷卻下來以后，沖擊韌性僅稍有降低。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生白點。該鋼適合于制造形狀復雜、沖擊負荷大，要求強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鋼雖然是經過軋制和退火的鋼材，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尺寸，須對其鍛造。鍛造加熱溫度為1100～1150℃，始鍛溫度為1050～1100℃，終鍛溫度為800～850℃。鍛造后為了防止產生白點應緩冷至150～200℃，然后再冷空。鍛后模塊須進行退火或高溫回火以消除應力、細化晶粒、均勻組織等。5CrNiMo熱鍛模鋼坯的退火的加熱溫度為830～850℃，保溫時間為4～6小時，硬度（HBS）為197～241；它的高溫回火加熱溫度為650～500℃，保溫時間的計算方法為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性能，要進行淬火及高溫回火，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。

淬火前需進行準備工作。根據模具的幾何形狀，對模具上的孔、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行加熱時，為保證熱處理模具表面光潔，要預先清除模具的表面銹污和油污。小型鍛模可在鹽浴爐中加熱，但要嚴格進行脫氧操作。鍛模一般均經預熱，以減小截面上的溫差，減小熱應力，防止開裂。

淬火溫度的選擇原則是保證鋼淬火時獲得較高的淬透性和保持細細的晶粒。當淬火溫度在850℃以下時，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，強化了淬火馬氏體，5CrNiMo鋼的硬度相應升高。當溫度升高到850℃左右時，硬度達到最高值。溫度繼續升高會造成Ms點的下降，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。

應以熱透為原則確定加熱時間，熱鍛模的加熱保溫時間一般按鍛模的高度來計算。在箱式電爐加熱時，經預熱的鍛模加熱系數采用0.8～1min/mm，當模具加熱顏色與爐子顏色一致后開始計算加熱保溫時間。加熱裝箱的模具時，應把鑄鐵屑或舊木炭裝箱的厚度計算在內。在鹽浴爐加熱時，一般需經預熱。

由于5CrNiMo鋼含有強烈增加淬透性的合金元素（鉻和鎳），可以使等溫轉變曲線大大右移。過冷奧氏體穩定性大，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部分的回火。要求熱鍛的模面回火后能消除內應力，并獲得均勻的回火屈氏體組織。5CrNiMo熱鍛模回火后的硬度不宜太高，硬度高其韌性不足，模面易出現裂紋，但回火溫度也不宜過高，因為這樣雖然可以提高韌性，但會使硬度、強度和耐磨性降低，使模面容易被壓壞或加速磨損，因此回火溫度必須適當。對于不同尺寸的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下具有很大的內應力，如果直接裝入已升到回火溫度的爐中回火加熱，易引起開裂，所以經常先放入350～400℃爐內均熱后再緩慢升溫到回火溫度。回火保溫時間可按鍛模高度計算，加熱系數為1.5～2min/mm。但為了充分消除內應力，并使組織均勻，一般不能少于2h。為防止第二類回火脆性，回火后采用油冷，在100℃左右出油。為消除油冷所造成的內應力，可在160～180℃溫度再補充一次低溫回火。

2 JN150汽車轉向節熱鍛模的熱處理工藝實例

2.1 結構尺寸

轉向節鍛模結構如圖1，

其尺寸為700mm×675mm×400mm。

2.2 材料

5CrNiMo鋼。

2.3 技術要求

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模面硬度36～39HRC；燕尾硬度25～30HRC。

2.4 熱處理工藝

轉向節鍛模的淬火、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鋼的導熱性很差，為減少加熱時的內應力，應采用分段加熱法，即加熱至500～600℃保護4h后，再升溫至840～800℃，保溫6h，出爐后出去鐵盤和保護劑，清理模面，在空氣中預冷至780～800℃后垂直淬入油中，在油中停留時間約50～60min，待鍛模冷到Ms點（約250℃）以下，即200℃左右時（提鍛模時冒淡青白色煙）立即取出空冷，并及時將鍛模裝入300～400℃的爐中進行回火，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行。最后在160～180℃進行低溫回火，以消除油冷時產生的內應力。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。通過這一系列的熱處理工藝，使5CrNiMo鋼具備了較高的強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裂。

[1]蔣敏球.模具材料與熱處理[D].中國勞動社會保障出版社，2008.

[2]王英杰，金升情.金屬材料及熱處理[D].機械工業出版社，2012.