浅议5CrNiMo钢的热处理工艺

（抚顺市技师学院，辽宁 抚顺 113123）

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。5CrNiMo钢还具有良好的淬透性。300mm×400mm×300mm的大块钢料，自820℃油淬和560℃回火后，断面各部分的硬度几乎一致。该钢的不足之处是工作温度稍低锻坯中易产生白点。该钢适合于制造形状复杂、冲击负荷大，要求强度和韧性较高的中大型锤锻模。

1 5CrNiMo热锻模的热处理

1.1 锻造与退火

5CrNiMo钢虽然是经过轧制和退火的钢材，但轧材纤维组织具有各向异性且尺寸较大。为使其性能均匀并得到适当尺寸，须对其锻造。锻造加热温度为1100～1150℃，始锻温度为1050～1100℃，终锻温度为800～850℃。锻造后为了防止产生白点应缓冷至150～200℃，然后再冷空。锻后模块须进行退火或高温回火以消除应力、细化晶粒、均匀组织等。5CrNiMo热锻模钢坯的退火的加热温度为830～850℃，保温时间为4～6小时，硬度（HBS）为197～241；它的高温回火加热温度为650～500℃，保温时间的计算方法为1.5～2min/mm，冷却方式为空冷。

1.2 淬火和回火

1.2.1 淬火

为了赋予热锻模最终的力学性能，要进行淬火及高温回火，使基体获得回火屈氏体或回火索氏体组织，以保证较高的韧性。

淬火前需进行准备工作。根据模具的几何形状，对模具上的孔、薄边、棱角要用石棉堵塞或铁皮包裹，以降低该处的冷却速度，防止开裂。若在箱式电炉中加热，须防止氧化脱碳。在可控气氛或真空炉中进行加热时，为保证热处理模具表面光洁，要预先清除模具的表面锈污和油污。小型锻模可在盐浴炉中加热，但要严格进行脱氧操作。锻模一般均经预热，以减小截面上的温差，减小热应力，防止开裂。

淬火温度的选择原则是保证钢淬火时获得较高的淬透性和保持细细的晶粒。当淬火温度在850℃以下时，随着淬火温度的升高，由于奥氏体中的碳及合金度逐渐增加，强化了淬火马氏体，5CrNiMo钢的硬度相应升高。当温度升高到850℃左右时，硬度达到最高值。温度继续升高会造成Ms点的下降，淬火后残余奥氏体量增加，马氏体也变得粗大，因而使热锻模的韧性大大降低。

应以热透为原则确定加热时间，热锻模的加热保温时间一般按锻模的高度来计算。在箱式电炉加热时，经预热的锻模加热系数采用0.8～1min/mm，当模具加热颜色与炉子颜色一致后开始计算加热保温时间。加热装箱的模具时，应把铸铁屑或旧木炭装箱的厚度计算在内。在盐浴炉加热时，一般需经预热。

由于5CrNiMo钢含有强烈增加淬透性的合金元素（铬和镍），可以使等温转变曲线大大右移。过冷奥氏体稳定性大，淬透性高，模具尺寸在200mm以下油冷可以完全淬透，因此5CrNiMo钢的淬火可采用多种冷却方式，如油冷、硝盐分级或等温淬火。

1.2.2 回火

热锻模的回火包括模面及燕尾两个部分的回火。要求热锻的模面回火后能消除内应力，并获得均匀的回火屈氏体组织。5CrNiMo热锻模回火后的硬度不宜太高，硬度高其韧性不足，模面易出现裂纹，但回火温度也不宜过高，因为这样虽然可以提高韧性，但会使硬度、强度和耐磨性降低，使模面容易被压坏或加速磨损，因此回火温度必须适当。对于不同尺寸的5CrNiMo热锻模，回火工艺有不同的要求，如表1所示。

由于锻模在淬火状态下具有很大的内应力，如果直接装入已升到回火温度的炉中回火加热，易引起开裂，所以经常先放入350～400℃炉内均热后再缓慢升温到回火温度。回火保温时间可按锻模高度计算，加热系数为1.5～2min/mm。但为了充分消除内应力，并使组织均匀，一般不能少于2h。为防止第二类回火脆性，回火后采用油冷，在100℃左右出油。为消除油冷所造成的内应力，可在160～180℃温度再补充一次低温回火。

2 JN150汽车转向节热锻模的热处理工艺实例

2.1 结构尺寸

转向节锻模结构如图1，

其尺寸为700mm×675mm×400mm。

2.2 材料

5CrNiMo钢。

2.3 技术要求

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模面硬度36～39HRC；燕尾硬度25～30HRC。

2.4 热处理工艺

转向节锻模的淬火、回火工艺如图2所示。

2.5 用钢及热处理工艺分析

此锻模属于大型锻模，根据其服役条件和性能要求，一般选用5CrNiMo钢制造。由于此锻模尺寸较大，采用箱式电炉淬火加热。由于5CrNiMo钢的导热性很差，为减少加热时的内应力，应采用分段加热法，即加热至500～600℃保护4h后，再升温至840～800℃，保温6h，出炉后出去铁盘和保护剂，清理模面，在空气中预冷至780～800℃后垂直淬入油中，在油中停留时间约50～60min，待锻模冷到Ms点（约250℃）以下，即200℃左右时（提锻模时冒淡青白色烟）立即取出空冷，并及时将锻模装入300～400℃的炉中进行回火，保温3～4h后升温至550～570℃，保温6h油中冷却。第二次回火要在第一次回火冷至室温后再进行。最后在160～180℃进行低温回火，以消除油冷时产生的内应力。燕尾回火：采用盐浴加热，温度最好采用600～650℃，这样能使热锻模寿命增长。通过这一系列的热处理工艺，使5CrNiMo钢具备了较高的强度和抗冷热疲劳性能与一定的耐磨性，且具有了良好的韧性，防止了5CrN－iMo钢在使用中的变形与开裂。

[1]蒋敏球.模具材料与热处理[D].中国劳动社会保障出版社，2008.

[2]王英杰，金升情.金属材料及热处理[D].机械工业出版社，2012.