不同熱處理后5CrMnMo 鋼組織性能研究

王淑花 徐玉榮

（1、黑龍江科技大學材料學院，黑龍江 哈爾濱150000 2、哈爾濱建成集團有限公司軍品技術研究所，黑龍江 哈爾濱150000）

模具是國民經濟各部門重要的工藝裝備。據統計，飛機、坦克、汽車、拖拉機、電視機、儀器儀表等產品60%以上的零件，自行車、洗衣機、電冰箱、電風扇、空調、照相機等產品85%以上的零件，都要用到模具生產[1]，沒有模具就沒有現代化工業的發展，因此如何提高模具的使用壽命是非常關鍵的。影響模具使用壽命的因素有很多，其中熱處理工藝及使用溫度的影響是至關重要的。

同時在模具失效的諸多因素中，由于熱處理過失而引起的失效，約占多數[2-4]。由此可見，正確的熱處理對于提高模具壽命起到非常重要的作用。

1 試驗材料及試驗方法

本試驗采用市場購買的直徑22mm 的5CrMnMo 圓鋼。首先利用車床、銑床將材料加工成10×10×55mm3的沖擊試樣，用磨床將工件表面粗糙度磨到合適粗糙度，并用電火花線切割機切割U 形口。然后利用SX-4-10 箱式電阻爐進行熱處理，其熱處理工藝為：

（1）預備熱處理（等溫退火）：860℃加熱，保溫1h 后，隨爐冷至630-680℃等溫2-3h 后隨爐冷。

（2）淬火+高溫回火：650℃預熱，保溫10 分鐘后隨爐升溫至860℃，保溫20 分鐘，油冷；560℃加熱，保溫1h 后油冷。

（3）淬火+中高溫回火：650℃預熱，保溫10 分鐘后隨爐升溫至860℃，保溫20 分鐘，油冷；450℃加熱，保溫1h 后油冷。

（4）亞溫淬火+低溫回火：650℃預熱，保溫10 分鐘后隨爐升溫至770℃，保溫20 分鐘，油冷；180℃加熱，保溫1h 后空冷。

利用JB-30B 型半自動沖擊試驗機對不同熱處理后的5CrMnMo 鋼試樣進行沖擊試驗。

2 試驗結果分析

2.1 金相組織分析

圖1 為熱處理后5CrMnMo 鋼的金相組織，從圖（a）中可以看出，5CrMnMo 鋼經淬火+高溫回火后的組織為回火索氏體，它是馬氏體的一種回火組織，是多邊形鐵素體與粒狀碳化物的混合物。此時的鐵素體已基本無碳的過飽和度，碳化物也為穩定型碳化物，常溫下是一種平衡組織，這種組織具有一定的強度和硬度，同時又具有良好的塑韌性，即具有良好的綜合力學性能。這種組織有利于提高模具的使用壽命。

從圖（b）中可以看出，5CrMnMo 鋼經淬火+中溫回火后組織為回火托氏體，它也是馬氏體的一種回火組織，是針狀鐵素體與細小粒狀碳化物的混合物。

從圖（c）中可以看出，5CrMnMo 鋼經亞溫淬火+低溫回火后，組織中存在大量未溶的鐵素體，使奧氏體中的碳和合金元素增加，淬火后存在少量穩定的殘余奧氏體，可阻止裂紋的萌生與擴展，亞溫淬火可降低有害雜質元素在奧氏體中的偏聚，起到凈化晶界的作用，其組織為大量的鐵素體、殘余奧氏體和馬氏體。

圖1 5CrMnMo 鋼不同熱處理后的金相組織圖（400×）

2.2 沖擊性能的分析

從表1 中可以看出熱作模具鋼5CrMnMo 經不同熱處理后其沖擊韌性隨著沖擊溫度的升高而提高，其原因是隨著溫度的上升，位錯的運動阻力下降，在相同外力作用下其塑性變形程度較大，表現在宏觀上就是吸收較多的外力做功，即沖擊功較大，所以其沖擊韌性好。淬火+高溫回火后5CrMnMo 后沖擊性能最好，因為高溫回火后的組織為具有良好的綜合性能的回火索氏體。中溫回火件次之，亞溫淬火+低溫回火件的沖擊性能最差，因為低溫回火后組織為大量鐵素體+馬氏體和參余奧氏體的混合組織，馬氏體硬而脆，韌性較低，而鐵素體的韌性也較差，并且在室溫和400℃下沖擊時韌性較低，其原因是室溫下組織的塑韌性較差所致，而在400℃沖擊時斷口為藍色，即產生了藍脆現象，導致其韌性降低。

表1 不同熱處理后5CrMnMo 鋼的沖擊功（J/mm2）

3 結論

3.1 5CrMnMo 鋼經淬火+高溫回火后沖擊性能最好，并且隨著沖擊溫度的升高，沖擊性能提高。

3.2 5CrMnMo 鋼經亞溫淬火+低溫回火后在室溫和400℃沖擊時，沖擊韌性較低，且在400℃沖擊時產生了藍脆現象。