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摘要：4Cr5MosiVI属高合金热作模具钢，是我国上世纪从美国引进的H13钢种而制定的新材料。该材料具有良好的强韧性，其热疲劳抗力也大大优于传统的3CrZWSV钢，因此目前己逐渐在压力机锻模和铝、镁合金压铸模上取代3CrZWSV钢。随着我国模具工业的发展，用这种钢制作的模具已逐渐代替由3CrZWSV钢制造热挤、压铸模具，尤其是在压力机煅模，以及镁铝合金压铸模上被广泛应用，但是，其自身的一些缺陷也逐渐暴露出来，必须制订合理的热处理锻造工艺，以减少锻件废品和锻造缺陷，为模具的热处理打下良好的基础。
关键词：锻造工艺模具钢热疲劳抗力
前言：热疲劳损伤通常被认为是材料在变温循环过程中出现往复塑性变形而造成的结果。这种往复的塑性变形量受材料内部交变热应力控制。考虑因热应力引起的疲劳时，对热应力的产生以及变化规律的分析，将其作为热疲劳裂纹扩展驱动力。4Cr5MosiVI钢是我国目前重点推广应用的络系高热强模具钢。研究热处理对4Cr5MosiVI钢热疲劳裂纹扩展驱动力的影响，有助于进一步揭示热疲劳机理，同时也有助于这一钢种更好地推广使用。据此，进行了本试验研究。
1.以往工艺存在的问题
以往对钢型材料的热铸模，采用先预热再淬火、回火一次接着挤压使用，这种工艺生产的挤压模具，使用后个别还能保证工艺，但在经过热处理(软氮化)后的挤压过程中，因为模具所使用的材料出现热疲劳损伤问题，或者在造作过程中工艺使用不当或不合理的设计，往往造成模具脆、裂等嚴重后果，有时还会出现整炉脆裂报废的现象。
2. 4Cr5MosiVI的成分
GB1299一85规定4Cr5MosiVI的成分：C:0.32一0.45，Si:51一0.8-1.2，Mn:0.2-0.5，P≤0.03，S≤0.03，Cr:4.75-5.5，Ni≤0.25，Mo:1.1-1.75，V:0.8-1.2，Cu≤0.3，以上数据是质量百分比。
3. 热处理工艺原理及流程
31工艺原理
4Cr5MosiVI钢是含V、Mo、Cr强C元素的合金化合物，在经过高温淬火后，获得M组织，从而使M组织中拥有较高C含量和较多数量的V、Mo、Cr。由于这些含金元素的存在，即使回火温度提高到较高时，M中C含量也降低甚微有限，从而提高了钢的回火稳定性，与此同时，在高温（520±10℃）回火过程中，从M中析出弥散细小的再生VC、Mo，C及Cr7C3等高硬度的弥散的强化相，使钢在回火过程中，不但韧性提高，而且硬度、强度也得以提高。此外，经过二次回火后，还会使淬火后未能变成M的残留奥氏体，在回火冷却过程中(到MS点以下)，继续转变成M组织，从而使M组织中拥有较高C含量和较多数量的V、Mo、Cr。由于这些含金元素的存在，即使回火温度提高到较高时，M中C含量也降低甚微有限，从而提高了钢的回火稳定性。4Cr5MoSiVl钢制热挤压铝模具两次回火、弥散硬化的热处理工艺，比旧的一次回火工艺，具有韧性好，耐磨性好的优点。原因在于奥氏体化温度的提高促进4Cr5Mosivl模具钢的马氏体化，二次回火进一步促进了马氏体弥散化，弱化了模具的脆性，提高模具耐磨性，最终实现增加使用寿命，降到成本的目的。
3.2革新后的工艺实验流程
首先是预热，结合现有的设备条件，用用空气箱式锻炉，将炉温控制在520℃度锻造1.5h，接着采用油淬工艺淬火，此时温度控制在1080℃（上下差值小于20℃），保温时间18min，热挤压模管有效厚度要达到45mm，在高温言语炉中加热淬火，油冷后，为提高均匀冷却性需要做充分的搅动。二次回火：基本造作同第一步，保持90-105min。要注意的是，在第一此回火后要将锻模冷却至室温再做第二次回火。为避免二次回火过程中产生脆性，减少热处理的实际工作时间，前一次回火采用油冷，第二此次采用空冷或炉冷。淬火油冷后，高温回火过程中，剩余奥氏体转变为马氏体，另外，由于元素V的作用，加强了二次硬化现象，未溶碳化物较多，因而高温回火后硬度得到提高，且二者硬度值达到相当，故采用低温淬火，在保证硬度的条件下，强度和韧性均有提高，改善了模具的使用性能。
值得注意的是，相同回火温度下，随着奥式体化温度升高，有更多碳化物融入基体，从而提高了基体中合金元素和碳的固融度，钢模的出事强度和回火稳定性大大提升；随着淬火温度的升高，钢的高温强度也是随着提升，这样就大大降低了热疲劳裂纹出现条件的概率，同时减小了每一个热疲劳循环前后硬度衰减幅度。进一步的，淬火温度升高使热疲劳循环稳定性提高，能使钢模长时间保持较高的强度，达到提高热疲劳抗力的性能。最后，随着奥式题化温度的升高，淬火钢模组织形态也随之发生变化，孪晶马氏体的数量减少，位错马氏体增加改善了钢模的强韧型。
3试验结果与生产使用效果
淬火后，硬度为50-54HRC；第一次回火后，硬度为50-52HRC；第二次回火后，硬度为51-52HRC；软氮化后，硬度为51-52HRC。通过以上工艺技术对4Cr5MosiVI模具钢进行热处理，铸造出的模具在使用过程中反映良好。以往热处理原因造成的挤压碎裂现象在很长一段时间内没有再出现。模具使用寿命大大提高，单位时间工作效率大大提高，所压铸的产品外观光洁，表现优良。4Cr5MosiVI钢淬火温度从1000℃逐渐升高至1100℃时，热疲劳抗力单调增加。这归结于高温淬火高温强度、热循环稳定性较高及由于碳化物减少和板条马氏体增多引起的断裂韧性的改善。(2)淬火温度一定，存在一个热疲劳抗力的最佳回火温度范围。1100℃高温淬火后620℃回火具有最佳的强韧性配合，热疲劳抗力最高。
结语：
回火温度较低时钢模的高温强度较高，但塑、韧性较差；较低的回火温度下冷热循环后硬度衰减幅度大导致热循环过程中组织稳定性较低，所以不能获得高的热疲劳抗力，因为好的塑、韧性可以使局部热应力集中得到松驰。但如果回火温度过高，则钢的塑、韧性和热循环稳定性虽有提高，但高温强度的下降占主导地位，热疲劳抗力下降。4Cr5MosiVI钢经1100℃高温淬火、620℃回火后具有良好的强度和塑、韧性配合，因而具
有最佳的热疲劳抗力。
关键词：锻造工艺模具钢热疲劳抗力
前言：热疲劳损伤通常被认为是材料在变温循环过程中出现往复塑性变形而造成的结果。这种往复的塑性变形量受材料内部交变热应力控制。考虑因热应力引起的疲劳时，对热应力的产生以及变化规律的分析，将其作为热疲劳裂纹扩展驱动力。4Cr5MosiVI钢是我国目前重点推广应用的络系高热强模具钢。研究热处理对4Cr5MosiVI钢热疲劳裂纹扩展驱动力的影响，有助于进一步揭示热疲劳机理，同时也有助于这一钢种更好地推广使用。据此，进行了本试验研究。
1.以往工艺存在的问题
以往对钢型材料的热铸模，采用先预热再淬火、回火一次接着挤压使用，这种工艺生产的挤压模具，使用后个别还能保证工艺，但在经过热处理(软氮化)后的挤压过程中，因为模具所使用的材料出现热疲劳损伤问题，或者在造作过程中工艺使用不当或不合理的设计，往往造成模具脆、裂等嚴重后果，有时还会出现整炉脆裂报废的现象。
2. 4Cr5MosiVI的成分
GB1299一85规定4Cr5MosiVI的成分：C:0.32一0.45，Si:51一0.8-1.2，Mn:0.2-0.5，P≤0.03，S≤0.03，Cr:4.75-5.5，Ni≤0.25，Mo:1.1-1.75，V:0.8-1.2，Cu≤0.3，以上数据是质量百分比。
3. 热处理工艺原理及流程
31工艺原理
4Cr5MosiVI钢是含V、Mo、Cr强C元素的合金化合物，在经过高温淬火后，获得M组织，从而使M组织中拥有较高C含量和较多数量的V、Mo、Cr。由于这些含金元素的存在，即使回火温度提高到较高时，M中C含量也降低甚微有限，从而提高了钢的回火稳定性，与此同时，在高温（520±10℃）回火过程中，从M中析出弥散细小的再生VC、Mo，C及Cr7C3等高硬度的弥散的强化相，使钢在回火过程中，不但韧性提高，而且硬度、强度也得以提高。此外，经过二次回火后，还会使淬火后未能变成M的残留奥氏体，在回火冷却过程中(到MS点以下)，继续转变成M组织，从而使M组织中拥有较高C含量和较多数量的V、Mo、Cr。由于这些含金元素的存在，即使回火温度提高到较高时，M中C含量也降低甚微有限，从而提高了钢的回火稳定性。4Cr5MoSiVl钢制热挤压铝模具两次回火、弥散硬化的热处理工艺，比旧的一次回火工艺，具有韧性好，耐磨性好的优点。原因在于奥氏体化温度的提高促进4Cr5Mosivl模具钢的马氏体化，二次回火进一步促进了马氏体弥散化，弱化了模具的脆性，提高模具耐磨性，最终实现增加使用寿命，降到成本的目的。
3.2革新后的工艺实验流程
首先是预热，结合现有的设备条件，用用空气箱式锻炉，将炉温控制在520℃度锻造1.5h，接着采用油淬工艺淬火，此时温度控制在1080℃（上下差值小于20℃），保温时间18min，热挤压模管有效厚度要达到45mm，在高温言语炉中加热淬火，油冷后，为提高均匀冷却性需要做充分的搅动。二次回火：基本造作同第一步，保持90-105min。要注意的是，在第一此回火后要将锻模冷却至室温再做第二次回火。为避免二次回火过程中产生脆性，减少热处理的实际工作时间，前一次回火采用油冷，第二此次采用空冷或炉冷。淬火油冷后，高温回火过程中，剩余奥氏体转变为马氏体，另外，由于元素V的作用，加强了二次硬化现象，未溶碳化物较多，因而高温回火后硬度得到提高，且二者硬度值达到相当，故采用低温淬火，在保证硬度的条件下，强度和韧性均有提高，改善了模具的使用性能。
值得注意的是，相同回火温度下，随着奥式体化温度升高，有更多碳化物融入基体，从而提高了基体中合金元素和碳的固融度，钢模的出事强度和回火稳定性大大提升；随着淬火温度的升高，钢的高温强度也是随着提升，这样就大大降低了热疲劳裂纹出现条件的概率，同时减小了每一个热疲劳循环前后硬度衰减幅度。进一步的，淬火温度升高使热疲劳循环稳定性提高，能使钢模长时间保持较高的强度，达到提高热疲劳抗力的性能。最后，随着奥式题化温度的升高，淬火钢模组织形态也随之发生变化，孪晶马氏体的数量减少，位错马氏体增加改善了钢模的强韧型。
3试验结果与生产使用效果
淬火后，硬度为50-54HRC；第一次回火后，硬度为50-52HRC；第二次回火后，硬度为51-52HRC；软氮化后，硬度为51-52HRC。通过以上工艺技术对4Cr5MosiVI模具钢进行热处理，铸造出的模具在使用过程中反映良好。以往热处理原因造成的挤压碎裂现象在很长一段时间内没有再出现。模具使用寿命大大提高，单位时间工作效率大大提高，所压铸的产品外观光洁，表现优良。4Cr5MosiVI钢淬火温度从1000℃逐渐升高至1100℃时，热疲劳抗力单调增加。这归结于高温淬火高温强度、热循环稳定性较高及由于碳化物减少和板条马氏体增多引起的断裂韧性的改善。(2)淬火温度一定，存在一个热疲劳抗力的最佳回火温度范围。1100℃高温淬火后620℃回火具有最佳的强韧性配合，热疲劳抗力最高。
结语：
回火温度较低时钢模的高温强度较高，但塑、韧性较差；较低的回火温度下冷热循环后硬度衰减幅度大导致热循环过程中组织稳定性较低，所以不能获得高的热疲劳抗力，因为好的塑、韧性可以使局部热应力集中得到松驰。但如果回火温度过高，则钢的塑、韧性和热循环稳定性虽有提高，但高温强度的下降占主导地位，热疲劳抗力下降。4Cr5MosiVI钢经1100℃高温淬火、620℃回火后具有良好的强度和塑、韧性配合，因而具
有最佳的热疲劳抗力。