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不同热处理后5CrMnMo 钢组织性能研究

作者:

关键词:

摘要：

同时在模具失效的诸多因素中，由于热处理过失而引起的失效，约占多数[2-4]。由此可见，正确的热处理对于提高模具寿命起到非常重要的作用。

1 试验材料及试验方法

本试验采用市场购买的直径22mm 的5CrMnMo 圆钢。首先利用车床、铣床将材料加工成10×10×55mm3的冲击试样，用磨床将工件表面粗糙度磨到合适粗糙度，并用电火花线切割机切割U 形口。然后利用SX-4-10 箱式电阻炉进行热处理，其热处理工艺为：

（1）预备热处理（等温退火）：860℃加热，保温1h 后，随炉冷至630-680℃等温2-3h 后随炉冷。

（2）淬火+高温回火：650℃预热，保温10 分钟后随炉升温至860℃，保温20 分钟，油冷；560℃加热，保温1h 后油冷。

（3）淬火+中高温回火：650℃预热，保温10 分钟后随炉升温至860℃，保温20 分钟，油冷；450℃加热，保温1h 后油冷。

（4）亚温淬火+低温回火：650℃预热，保温10 分钟后随炉升温至770℃，保温20 分钟，油冷；180℃加热，保温1h 后空冷。

利用JB-30B 型半自动冲击试验机对不同热处理后的5CrMnMo 钢试样进行冲击试验。

2 试验结果分析

2.1 金相组织分析

图1 为热处理后5CrMnMo 钢的金相组织，从图（a）中可以看出，5CrMnMo 钢经淬火+高温回火后的组织为回火索氏体，它是马氏体的一种回火组织，是多边形铁素体与粒状碳化物的混合物。此时的铁素体已基本无碳的过饱和度，碳化物也为稳定型碳化物，常温下是一种平衡组织，这种组织具有一定的强度和硬度，同时又具有良好的塑韧性，即具有良好的综合力学性能。这种组织有利于提高模具的使用寿命。

从图（b）中可以看出，5CrMnMo 钢经淬火+中温回火后组织为回火托氏体，它也是马氏体的一种回火组织，是针状铁素体与细小粒状碳化物的混合物。

从图（c）中可以看出，5CrMnMo 钢经亚温淬火+低温回火后，组织中存在大量未溶的铁素体，使奥氏体中的碳和合金元素增加，淬火后存在少量稳定的残余奥氏体，可阻止裂纹的萌生与扩展，亚温淬火可降低有害杂质元素在奥氏体中的偏聚，起到净化晶界的作用，其组织为大量的铁素体、残余奥氏体和马氏体。

图1 5CrMnMo 钢不同热处理后的金相组织图（400×）

2.2 冲击性能的分析

从表1 中可以看出热作模具钢5CrMnMo 经不同热处理后其冲击韧性随着冲击温度的升高而提高，其原因是随着温度的上升，位错的运动阻力下降，在相同外力作用下其塑性变形程度较大，表现在宏观上就是吸收较多的外力做功，即冲击功较大，所以其冲击韧性好。淬火+高温回火后5CrMnMo 后冲击性能最好，因为高温回火后的组织为具有良好的综合性能的回火索氏体。中温回火件次之，亚温淬火+低温回火件的冲击性能最差，因为低温回火后组织为大量铁素体+马氏体和参余奥氏体的混合组织，马氏体硬而脆，韧性较低，而铁素体的韧性也较差，并且在室温和400℃下冲击时韧性较低，其原因是室温下组织的塑韧性较差所致，而在400℃冲击时断口为蓝色，即产生了蓝脆现象，导致其韧性降低。

表1 不同热处理后5CrMnMo 钢的冲击功（J/mm2）常温 400℃ 500℃ 淬火860℃ 回火560℃ 54.7 70.3 74 淬火860℃ 回火450℃ 25.2 42 54.6 淬火770℃ 回火180℃ 10.5 25.7 49

3 结论

3.1 5CrMnMo 钢经淬火+高温回火后冲击性能最好，并且随着冲击温度的升高，冲击性能提高。

3.2 5CrMnMo 钢经亚温淬火+低温回火后在室温和400℃冲击时，冲击韧性较低，且在400℃冲击时产生了蓝脆现象。

[1]高为国.模具材料[M].北京：机械工业出版社，2004.

[2]李奇，徐慧民，张岐生，等.模具材料及热处理[M].北京：北京理工大学出版社，2007.

[3]崔岜.中国模具钢现状及发展.第一届国际机械工程会议，上海，2000.

[4]赵步青.模具热处理工艺500 例[M].北京：机械工业出版社，2008.

模具是国民经济各部门重要的工艺装备。据统计，飞机、坦克、汽车、拖拉机、电视机、仪器仪表等产品60%以上的零件，自行车、洗衣机、电冰箱、电风扇、空调、照相机等产品85%以上的零件，都要用到模具生产[1]，没有模具就没有现代化工业的发展，因此如何提高模具的使用寿命是非常关键的。影响模具使用寿命的因素有很多，其中热处理工艺及使用温度的影响是至关重要的。同时在模具失效的诸多因素中，由于热处理过失而引起的失效，约占多数[2-4]。由此可见，正确的热处理对于提高模具寿命起到非常重要的作用。1 试验材料及试验方法本试验采用市场购买的直径22mm 的5CrMnMo 圆钢。首先利用车床、铣床将材料加工成10×10×55mm3的冲击试样，用磨床将工件表面粗糙度磨到合适粗糙度，并用电火花线切割机切割U 形口。然后利用SX-4-10 箱式电阻炉进行热处理，其热处理工艺为：（1）预备热处理（等温退火）：860℃加热，保温1h 后，随炉冷至630-680℃等温2-3h 后随炉冷。（2）淬火+高温回火：650℃预热，保温10 分钟后随炉升温至860℃，保温20 分钟，油冷；560℃加热，保温1h 后油冷。（3）淬火+中高温回火：650℃预热，保温10 分钟后随炉升温至860℃，保温20 分钟，油冷；450℃加热，保温1h 后油冷。（4）亚温淬火+低温回火：650℃预热，保温10 分钟后随炉升温至770℃，保温20 分钟，油冷；180℃加热，保温1h 后空冷。利用JB-30B 型半自动冲击试验机对不同热处理后的5CrMnMo 钢试样进行冲击试验。2 试验结果分析2.1 金相组织分析图1 为热处理后5CrMnMo 钢的金相组织，从图（a）中可以看出，5CrMnMo 钢经淬火+高温回火后的组织为回火索氏体，它是马氏体的一种回火组织，是多边形铁素体与粒状碳化物的混合物。此时的铁素体已基本无碳的过饱和度，碳化物也为稳定型碳化物，常温下是一种平衡组织，这种组织具有一定的强度和硬度，同时又具有良好的塑韧性，即具有良好的综合力学性能。这种组织有利于提高模具的使用寿命。从图（b）中可以看出，5CrMnMo 钢经淬火+中温回火后组织为回火托氏体，它也是马氏体的一种回火组织，是针状铁素体与细小粒状碳化物的混合物。从图（c）中可以看出，5CrMnMo 钢经亚温淬火+低温回火后，组织中存在大量未溶的铁素体，使奥氏体中的碳和合金元素增加，淬火后存在少量稳定的残余奥氏体，可阻止裂纹的萌生与扩展，亚温淬火可降低有害杂质元素在奥氏体中的偏聚，起到净化晶界的作用，其组织为大量的铁素体、残余奥氏体和马氏体。图1 5CrMnMo 钢不同热处理后的金相组织图（400×）2.2 冲击性能的分析从表1 中可以看出热作模具钢5CrMnMo 经不同热处理后其冲击韧性随着冲击温度的升高而提高，其原因是随着温度的上升，位错的运动阻力下降，在相同外力作用下其塑性变形程度较大，表现在宏观上就是吸收较多的外力做功，即冲击功较大，所以其冲击韧性好。淬火+高温回火后5CrMnMo 后冲击性能最好，因为高温回火后的组织为具有良好的综合性能的回火索氏体。中温回火件次之，亚温淬火+低温回火件的冲击性能最差，因为低温回火后组织为大量铁素体+马氏体和参余奥氏体的混合组织，马氏体硬而脆，韧性较低，而铁素体的韧性也较差，并且在室温和400℃下冲击时韧性较低，其原因是室温下组织的塑韧性较差所致，而在400℃冲击时断口为蓝色，即产生了蓝脆现象，导致其韧性降低。表1 不同热处理后5CrMnMo 钢的冲击功（J/mm2）常温 400℃ 500℃ 淬火860℃ 回火560℃ 54.7 70.3 74 淬火860℃ 回火450℃ 25.2 42 54.6 淬火770℃ 回火180℃ 10.5 25.7 493 结论3.1 5CrMnMo 钢经淬火+高温回火后冲击性能最好，并且随着冲击温度的升高，冲击性能提高 5CrMnMo 钢经亚温淬火+低温回火后在室温和400℃冲击时，冲击韧性较低，且在400℃冲击时产生了蓝脆现象。参考文献[1]高为国.模具材料[M].北京：机械工业出版社，2004.[2]李奇，徐慧民，张岐生，等.模具材料及热处理[M].北京：北京理工大学出版社，2007.[3]崔岜.中国模具钢现状及发展.第一届国际机械工程会议，上海，2000.[4]赵步青.模具热处理工艺500 例[M].北京：机械工业出版社，2008.

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