模具材料大作业5crmnmo.docVIP

《模具材料及其失效分析》 结课大作业 系 别： 机械工程系 班 级： 10材料 姓 名： 学 号： 任课教师： 2013年4月 23 日 1 5CrMnMo钢简介 5CrMnMo钢属低耐热高韧性热作模具钢 该钢是在中碳钢的基础上主要加入Cr、Mn、Mo三元素而研制成的，也可看作把5CrNiMo钢中的Ni元素由Mn元素取代而形成的。该钢是热作模具钢,除淬透性,耐热疲劳性稍差外,5CrMnMo钢具有与5CrNiMo钢类似的性能,淬透性稍差.此钢适于制作要求具有较高强度和高耐磨性的各种类型锻模.要求韧性较高时,可采用电渣重熔钢. 5CrMnMo钢中碳含量保持在0.40%~0.60%，可获得较高的强度与耐热疲劳强度、一定的硬度与耐磨性、良好的韧性钢与导热性。[1] 5CrMnMo中加入Cr、Mn、Mo元素主要是提高钢的淬透性，尤其是共同作用时，淬透性提高极大。Cr、Mn、Mo元素可固溶于铁素体中起固溶强化作用，又可固溶于Fe3C中形成（Fe、Cr、Mo）3C，改善其硬度，提高钢的耐磨性。Cr、Mn、Mo元素共同作用显著提高钢的回火稳定性。Mo元素可减少回火脆性和细化晶粒。 5CrMnMo钢锻造和热处理特点 1) 锻造工艺 钢坯锻造加热温度1100～1150℃、始锻温度1050～1100℃、终锻温度800～850℃、锻后缓冷(坑冷或砂冷)，注意防止模具开裂。 2) 退火工艺 等温退火加热温度850～870℃，等温温度680℃，退火硬度197～241HBS。 3) 淬火工艺 加热温度840～860℃油淬，冷到150～180℃左右出油并立即回火。为减少变形及开裂，淬火时最好延时冷却，可空冷到740～780℃，然后入油。 4) 回火工艺 3 5CrMnMo材料热处理规范 4 5CrMnMo材料应用举例 5CrMnMo适用于中，小型的锤锻模，例如花键轴锤锻模 图1 锤锻模的几何尺寸 4.1 模具的服役条件及要求 5CrMnMo锤锻模是在模锻锤上使用的热作模具，在服役时不仅要承受冲击力和摩擦力的作用，还要承受很大的压应力、拉应力和弯曲应力的作用，同时也受到交替的加热和冷却作用。 4.2 模具的制造工艺 热处理要求是：工作面硬度为42～45HRC，燕尾部分硬度为31～35HR 模具加工工艺如下: 下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工→淬火+回火→研磨 图2 5CrMnMo钢锻模原热处理工艺曲线 4.3 各工序前后模具材料的微观组织与机械性能 图3 5CrMnMo 钢热处理后金相组织( 500X) 图4 5CrMnMo 锻件试块经两段充分预热→ 850℃油淬显微组织: 针状马氏体+少量残余奥氏体500 图5 5CrMnMo 锻件试块经两段充分预热→900℃油淬显微 组织:针状马氏体+少量板条马氏体+少量残余奥氏体500× 图6 5CrMnMo 锻件试块经两段充分预热→950℃油淬显微 组织: 针状马氏体+40%板条马氏体+少量残余奥氏体500× 图7 5CrMnMo 锻件试块经两段充分预热→1000℃油淬显微 组织: 板条马氏体+20%针状马氏体+少量残余奥氏体500× 图8 5CrMnMo 锻件经两段充分预热→1050℃油淬显微组织: 板条马氏体+极少量针状马氏残余状马氏体+少量残余奥氏体500× 图9 5CrMnMo 锻件经两段充分预热→1100℃油淬 显微组织: 板条马氏体+较多量残余奥氏体500× 图10 5CrMnMo 锻件经两段充分预热→850℃→520℃ 回火显微组织: 回火屈氏体+仍可见针状马氏体位向特征400× 图11 5CrMnMo 锻件经两段充分预热→1050℃油淬→520℃ 回火显微组织: 回火屈氏体+明显可见板条马氏体位向特征400× 4.4 微观组织检验要求[3] 试验结果认为5CrMnMo 钢热锻模提高温度淬火的最佳温度范围是1000℃~1050℃, 回火温度520℃为宜。 4.5 可能出现的失效方式、失效分析、改进方案 （1）失效方式和失效分析 模锻操作时，高的压力和冲击负荷使坯料金属在型腔内高速流动，坯料金属与型腔表面产生剧烈摩擦，会造成型腔表面磨损而使锻模失效。其次，由于燕尾部分的硬度要求比工作部分低10～15HRC，所以不易控制，往往非硬即软。若其硬度值偏低，强度相应就低，则易产生疲劳裂纹。若其硬度值偏高，脆性就大，虽不易产生疲劳裂纹，但裂纹一旦产生，扩展速度很快。模锻工作时，燕尾部分承受了很大的交变负荷的作用，加上燕尾槽部