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5.1低合金5CrNiMo熱作鋼5.1.1 5CrNiMo(T20103)
5CrNiMo鋼是我國低合金5CrNiMo熱作鋼的代表性鋼號。該鋼有良好的韌度和強度，一定的耐磨性，淬透性良好。400mmX300mmX300mm鋼坯淬火回火后硬度均勻，表面和心部的硬度差僅1~2HRC。 5CrNiMo鋼有白點敏感性，回火穩定性也不太高。
國外同類型鋼號有德國的55NiCrMoV6(DIN)，日本的SKT4(JIS)，俄國的5XHM，55NiCrMoV2(ISO),歐共體的55NiCrMoV7(EN),美國的近似鋼號為L6(AISI、ASTM),但L6碳含量高（0.65~0.75%),V作為殘剩合金元素約0.2~0.3%。除俄國的5XHM鋼外，外國的同類型鋼號都含有少量V，所以性能好。在美國，由于該鋼的熱強性、熱穩定性有限，所以不歸入5CrNiMo熱作鋼而作為特殊用途低合金工具鋼L類。L類鋼原有七個鋼號，現只剩下L2和L6兩個。從化學成分上比較，美國用作熱鐓鍛模鐓頭的非標準鋼號6F2、6F3與 5CrNiMo比較接近。我國《模鍛錘和大型機械鍛壓機用模塊》標準（GB11880二1989)中列有 5CrNiMoV鋼，含w(V)0.10%~0.30%，w(Cr)也由0.50%~0.80%提高到0.80%~1.10%。
該鋼在我國主要用于中小型鍛模，而且邊長不大于300mm，工作溫度低于500℃。
5CrNiMo鋼也可作形狀復雜的鑄造模具零件。鑄鋼和鍛鋼有同樣的強度和耐磨性，只是韌度較低，比鍛鋼低約25~35%。鑄鋼淬火溫度應取正常淬火溫度的下限（820℃左右）為宜，然后回火到48~50HRC,有較好的耐磨性。
1.化學成分
[GB/T1299-2000(質量分數）（％)]
2.物理性能（見表5-2~表5-8)
表5-2 臨界溫度
表5-3 線膨脹系數
表5-4 彈性模量
表5-5 切變模量
表5-6 彈性模量與切變模量的比值（平均比值為2.500)
表5-7 熱導率
表5-8 比熱容
3.熱加工
注： 5CrNiMo鋼在空氣中冷卻可能淬硬，并易形成白點，因此，鍛造以后應緩慢冷卻。對于大型鍛件，必須放到600℃；左右的爐中，待其溫度一致以后，再緩慢地冷卻到150~200℃,然后在空氣中冷卻。對于較大的鍛件，建議在冷卻到150~200℃以后，立即進行回火。4.熱處理
(1)預先熱處理（見圖5-1~圖5-3和表5-10)
圖5-1 5CrNiMo鋼的鍛模翻新退火工藝
圖5-2 5CrNiMo鋼的鍛后等溫退火工藝
圖5-3 5CrNiMo鋼的鍛后退火工藝
注：退火加熱保溫時間，在全部爐料到達退火溫度后，保溫4~6h,冷卻時的等溫保溫4~6h。
表5-10退火后的組織和硬度
(2)淬火（見圖54~圖5-7和表5-11)
表5-11 淬火規范
注：
- 1.大型模具淬火加熱溫度采用上限值，小型模具（邊長在200~300mm以下）采用下限值。
- 2.為了避免錘鍛模在淬火時產生大的應力和變形，從830~860℃加熱后，先在空氣中預冷到750~780℃。然后再油冷到150~180℃左右，取出并立即回火。
- 3.對大型模具應先放在600~650℃的加熱爐中預熱。
圖5-4 5CrNiMo鋼的奧氏體等溫轉變圖
試驗用鋼成分（質量分數）（％):C0.55%，Cr0,87%，Nil.80%Mo0.23%，Mn0.77%，Si0.30%;奧氏體化溫度870~880℃
圖5-5 5CrNiMo淬火溫度對硬度的影響
圖5-6 5CrNiMo奧氏體連續冷卻轉變曲線
試驗用鋼成分（質量分數）（％):C0.52，Si0.32，Mn0.69，Cr0.66，Nil.63，Mo0.23，P≤0.01，S0.08，V≤0.03；原始狀態：退火；奧氏體化溫度：880℃，20min
圖5-7 5CrNiMo錘鍛模淬火工藝
(3)回火
圖5-8 5CrNiMo鋼回火溫度與室溫力學性能的關系
圖5-9 5CrNiMo鋼回火溫度與沖擊韌度的關系（880℃加熱15min油冷)
圖5-10 5CrNiMo回火溫度與硬度的關系（880℃加熱15min油冷)
圖5-11 5CrNiMo鋼的高溫力學性能[試驗用鋼化學成分
（質量分數）（％):C0.52,Si0.32,Mn0.69,Nil.63,Ci0.66,Mo0.23:試驗試樣調質硬度41.2HRC]
圖5-12 5CrNiMo鋼硬度與沖擊韌度的關系
圖5-13 5CrNiMo回火后之冷速對沖擊韌度的影響
圖5-14 5CrNiMo鋼大型鍛模回火工藝
(模高275~375mm)
圖5-15 5CrNiMo鋼大型鍛模燕尾部分回火工藝
(模高度275~375mm)
表5-12 回火規范
表5-13 回火溫度與硬度關系
室溫沖擊吸收功AKU30.0~32.0J。
室溫斷裂韌度K1C109.65~136.8MPa·m1/2。
表5-14 高溫硬度
注：試樣原始硬度：41.0~41.6HRC。
表5-15 高溫沖擊韌性
表5-16 熱疲勞性能
注：
- 1.試驗用鋼成分與物理性能試驗用鋼成分相同。
- 2.熱疲勞試驗方法見參考文獻[2]《5CrNiMo熱作鋼的選擇與應用》。
- 3.級別愈高表示熱疲勞性能愈差。
表5-17 熱磨損性能
a.（S.R.Tittagala法（800~850℃壓力784~850N)
b.A.Tbotnas法
注：
- 1.失重愈大表示抗熱磨損差。
- 2.試驗方法及條件參見參考文獻[2]。
4. 5CrNiMo鋼的質量效應（尺寸效應)
大截面工件淬火時由于表層和心部的冷卻速度不同，因而所得到的淬火質量效果不同。鋼的這種工藝性能稱謂質量效應（masseffect)，也叫尺寸效應（size•effect),鋼的質量效應見表5-18~表5-20。
表5-18 表層力學性能
經850℃油淬62HRC和500℃二次回火試樣硬度41.3HRC。
表5-19 心部力學性能
注：經850℃加熱模擬塊心部冷卻速度為13℃/min淬火，硬度為31.6HRC;400℃回火，試樣硬度31.6HRC。
表5-20 表層與心部力學性能變化幅度比較
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