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5Cr8NoVSi鋼是近年來我國應(yīng)用較多的新鋼種，主要用于耐沖擊性工模具和薄刃刀具上。但是，目前對(duì)5Cr8MoVSi鋼的熱處理工藝研究較少，所生產(chǎn)的工模具常發(fā)生硬度不高和斷裂失效現(xiàn)象。因此，本文較詳細(xì)地研究了5Cr8MoVSi鋼熱處理工藝對(duì)硬度和組織結(jié)構(gòu)的影響。

1、實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)材料成分如表1所示。試樣退火、淬火、回火均在坩堝電阻爐中進(jìn)行，淬火采用油介質(zhì)冷卻。用D/maxⅢA X射線衍射儀分析相結(jié)構(gòu)和殘余奧氏體量，定量金相法測量奧氏體晶粒數(shù)、碳化物體積分?jǐn)?shù)及尺寸、馬氏體尺寸，JXA-733電子探針分析顯微組織和成分。

表1 工模具鋼5Cr8MoVSi
化學(xué)成分/% C Mn Si Cr Mo V S P
0.55 0.45 0.72 8.13 1.38 0.45 ≤0.02 ≤0.03

2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 退火
試樣經(jīng)840℃退火硬度為HB218，退火顯微組織為球狀珠光體，如圖1所示。碳化物的平均尺寸為0.94μm，體積分?jǐn)?shù)約為0.32。碳化物相以M23C6，為主，其次有M7C3和MC。

2.2淬火
淬火實(shí)驗(yàn)溫度為880℃、900℃、930℃、950℃、1000℃、1050℃。隨淬火溫度升高，淬火硬度升高。1000℃淬火時(shí)，硬度為HRC60；1050℃淬火時(shí)，硬度為HRC60.3。 淬火組織為馬氏體、剩余碳化物和殘余奧氏體。在950℃淬火時(shí)，馬氏體由針狀馬氏體和板條狀馬氏體組成，針對(duì)馬氏體的比例較大，剩余碳化物呈小顆粒狀或點(diǎn)狀分布；1000℃淬火時(shí)馬氏體仍然由針狀馬氏體和板條狀馬氏體組成，剩余碳化物呈點(diǎn)狀分布，殘余奧氏體夾在馬氏體針或板條之間；1050℃淬火時(shí)，馬氏體以板條狀馬氏體為主，只有少量的針狀馬氏體（＜10%），殘余奧氏體量增多，剩余碳化物極少，尺寸也更小。金相分析表明：隨溫度程式高，奧氏體晶粒度變大，馬氏體針變長，剩余碳化量減少，尺寸變小，淬火試樣殘余奧氏體量隨淬火溫度升高而升高，1000℃淬火時(shí)，殘余奧氏體量約10%。奧氏體晶粒尺寸隨淬火溫度升高而升高，淬火馬氏體板條或針狀尺寸也與晶粒度尺寸對(duì)應(yīng)。

表2 工模具鋼5Cr8MoVSi淬火溫度對(duì)奧氏體晶粒度、
殘余奧氏體、馬氏體和剩余碳化物的影響

相分析表明，淬火試樣以α'馬氏體為主要相，其次是殘余奧氏體γ’，剩余碳化物為M7C3、MC，并有微量的M23C6。與退火碳化物相分析對(duì)照后可知，在1000℃淬火時(shí)，M23C6大部分溶解，而原來少量的M7C3和MC型碳化物因難于溶解，成為主要剩余碳化物。

2.3回火
回火溫度小于380℃時(shí)，隨回火溫度升高，回火硬度降低。在此區(qū)間，主要是馬氏體分解過程，馬氏體含碳量降低，馬氏體晶體結(jié)構(gòu)的正方度（c/a）下降。在480-500℃回火，有明顯的二次硬化現(xiàn)象。485℃回火Z高硬度為HRC58，比淬火硬度低2HRC左右。二次硬化主要是MC（VC）沉淀硬化的效果。 隨回火溫度升高，殘余奧氏體量減少。只通過一次回火殘余奧氏體分解較少，通過三次回火殘余奧氏體量可降低到6%左右。

3、討論

工模具鋼5Cr8MoVSi碳含量為0.55%，淬火馬氏體形態(tài)為板條狀和針狀[1]。在較低的溫度下淬火時(shí)，剩余碳化物量較多，在靠近碳化物的奧氏體區(qū)中，因碳化物溶解過程中碳的擴(kuò)散呈梯度分布，因此，有局部高碳區(qū)。局部高碳區(qū)在冷卻過程中轉(zhuǎn)變成針狀馬氏體，其亞結(jié)構(gòu)是孿晶[2]。在較高的溫度下淬火，剩余碳化物主要是少量的VC和M7C3，溶解速度很慢，因此大部分奧氏體區(qū)域碳含量均勻化，盡管此時(shí)奧氏體平均碳含量高，但是相對(duì)于高碳奧氏體來說，其含量還是低的。所以在較高溫度淬火時(shí)，板條馬氏體比例增大。板條馬氏體比針狀馬氏體韌性高，因此，該鋼可以在較高的溫度下淬火。但板條在300-400℃回火時(shí)，因析出的碳化物沿板條分布，會(huì)顯示出回火脆性[3]。所以，在較高的溫度下淬火，獲得以板條狀馬氏體為主的顯微組織時(shí)，應(yīng)避開回火脆性區(qū)，或者以較高溫度回火（450-520℃），或者在較低溫度回火（150-250℃）。如果需較低的回火硬度，則應(yīng)提高回火溫度（520℃以上）方能避開回火脆性區(qū)。不過此時(shí)需要嚴(yán)格控制回火制度，否則，回火硬度會(huì)隨回火溫度變動(dòng)發(fā)生很大的變化。另外，對(duì)殘余奧氏體量要求降低至Z小的薄刃工模具，淬火后應(yīng)進(jìn)行二次回火或三次回火[4]。

4、結(jié)論

（1）工模具鋼5Cr8MoVSi840℃退火，硬度為HB218，碳化物顆粒平均尺寸為0.94μm，碳化物體積分?jǐn)?shù)為0.32，碳化物類型以M23C6為主，并有少量的MC和M7C3。

（2）工模具鋼5Cr8MoVSi合適的淬火溫度為980-1050℃，Z高硬度為HRC60-61。隨淬火溫度升高，淬火馬氏體由板條狀和針狀馬氏體組織過渡到以板條狀馬氏體為主。剩余碳化物以MC和M7C3為，M23C6型碳化物在淬火時(shí)大部分溶解。

（3）工模具鋼5Cr8MoVSi僅通過一次回火，殘余奧氏體量減少不大，因此，應(yīng)進(jìn)行二次或三次回火。在480-510℃回火，有二次硬化現(xiàn)象，回火硬度可升到HRC58-60。