4Cr5MoSiV1 冷作模具鋼
化學成分%:
碳C:0.32~0.45
矽Si:0.80~1.20
錳Mn:0.20~0.50
硫S:≤0.030
磷P:≤0.030
鉻Cr:4.75~5.50
鎳Ni:允許殘餘含量≤0.25
銅Cu:允許殘餘含量≤0.30
釩V:0.80~1.20
鉬Mo:1.10~1.75
性能
●物理性能:
其密度為7.8t/m3;彈性模量E為210000MPa。
4Cr5MoSiV1鋼的臨界溫度
臨界點溫度(近似值)/℃
Ac1 860
Ac3 915
Ar1 775
Ar3 815
Ms 340
Mf 215
4Cr5MoSiV1鋼的線(膨)脹系數
溫度/℃線(膨)脹系數/℃-1
20~100 9.1×10-6
20~200 10.3×10-6
20~300 11.5×10-6
20~400 12.2×10-6
20~500 12.8×10-6
20~600 13.2×10-6
20~700 13.5×10-6
4Cr5MoSiV1鋼的熱導率
溫度/℃熱導率λ/W·(m·K)-1
25 32.2
650 28.8
●力學性能:
硬度:退火≤235HB,壓痕直徑≥3.95mm
熱處理工藝
熱處理:(交貨狀態:佈氏硬度HBW10/3000(小於等於235)),淬火:790度+-15度預熱,1000度(鹽浴)或1010度(爐控氣氛)+-6度加熱,保溫5~15min空冷,550度+-6度回火;退火、熱加工;
特性及用途:系引進美國的H13空淬硬化熱作模具鋼。期性能、用途和4Cr5MoSiV鋼基本相同,但因其釩含量高一些,故中溫(600度)性能比4Cr5MoSiV鋼要好,是熱作模具鋼中用途很廣泛的一種代表性鋼號。
交貨狀態:鋼材以退火狀態交貨。
化學成分分析
4Cr5MoSiV1鋼是C-Cr-Mo-Si-V型鋼,在世界上的應用極其普遍,同時各國許多學者對它進行瞭廣泛的研究,並在探究化學成分的改進。鋼的應用廣泛和具有優良的特性,主要由鋼的化學成分決定的。當然鋼中雜質元素必須降低,有資料表明,當Rm在1550MPa時,材料含硫量由0.005%降到0.003%,會使沖擊韌度提高約13J。十分明顯,NADCA 207-2003標準就規定:優級(premium)H13鋼含硫量小於0.005%,而超級(superior)的應小於0.003%S和0.015%P。下面對4Cr5MoSiV1鋼的成分加以分析。碳:美國AISI H13,UNS T20813,ASTM(最新版)的H13和FED QQ-T-570的4Cr5MoSiV1鋼的含碳量都規定為(0.32~0.45)%,是所有4Cr5MoSiV1鋼中含碳量范圍最寬的。德國X40CrMoV5-1和1.2344的含碳量為(0.37~0.43)%,含碳量范圍較窄,德國DIN17350中還有X38CrMoV5-1的含碳量為(0.36~0.42)%。日本SKD 61的含碳量為(0.32~0.42)%。我國GB/T 1299和YB/T 094中4Cr5MoSiV1和SM 4Cr5MoSiV1的含碳量為(0.32~0.42)%和(0.32~0.45)%,分別與SKD61和AISI H13相同。特別要指出的是:北美壓鑄協會NADCA 207-90、207-97和207-2003標準中對H13鋼的含碳量都規定為(0.37~0.42)%。
鋼中含碳量決定淬火鋼的基體硬度,按鋼中含碳量與淬火鋼硬度的關系曲線可以知道,H13鋼的淬火硬度在55HRC左右。對工具鋼而言,鋼中的碳一部分進入鋼的基體中引起固溶強化。另外一部分碳將和合金元素中的碳化物形成元素結合成合金碳化物。對熱作模具鋼,這種合金碳化物除少量殘留的以外,還要求它在回火過程中在淬火馬氏體基體上彌散析出產生兩次硬化現象。從而由均勻分佈的殘留合金碳化合物和回火馬氏體的組織來決定熱作模具鋼的性能。由此可見,鋼中的含C量不能太低。
含5%Cr的4Cr5MoSiV1鋼應具有高的韌度,故其含C量應保持在形成少量合金C化物的水平上。Woodyatt和Krauss指出在870℃的Fe-Cr-C三元相圖上,H13鋼的位置在奧氏體A和(A+M3C+M7C3)三相區的交界位置處較好。相應的含C量約0.4%。圖上還標出增加C或Cr量使M7C3量增多,具有更高耐磨性能的A2和D2鋼以作比較。另外重要的是,保持相對較低的含C量是使鋼的Ms點取於相對較高的溫度水平(H13鋼的Ms一般資料介紹為340℃左右),使該鋼在淬冷至室溫時獲得以馬氏體為主加少量殘餘A和殘留均勻分佈的合金C化物組織,並經回火後獲得均勻的回火馬氏體組織。避免使過多殘餘奧氏體在工作溫度下發生轉變影響工件的工作性能或變形。這些少量殘餘奧氏體在淬火以後的兩次或三次回火過程中應予以轉變完全。這兒順便指出,H13鋼淬火後得到的馬氏體組織為板條M+少量片狀M+少量殘餘A。經回火後在板條狀M上析出的很細的合金碳化物,國內學者也作瞭一定工作。
眾所周知,鋼中增加碳含量將提高鋼的強度,對熱作模具鋼而言,會使高溫強度、熱態硬度和耐磨損性提高,但會導致其韌度的降低。學者在工具鋼產品手冊文獻中將各類H型鋼的性能比較很明顯證明瞭這個觀點。通常認為導致鋼塑性和韌度降低的含碳量界限為0.4%。為此要求人們在鋼合金化設計時遵循下述原則:在保持強度前提下要盡可能降低鋼的含碳量,有資料已提出:在鋼抗拉強度達1550MPa以上時,含C量在0.3%-0.4%為宜。H13鋼的強度Rm,有文獻介紹為1503.1MPa(46HRC時)和1937.5MPa(51HRC時)。
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