فولاذ 5CrNiMo هو فولاذ تقليدي منخفض السبائك، يُستخدم على نطاق واسع في تطبيقات متنوعة، وخاصةً في قوالب التشكيل. يتميز بصلابة ممتازة، ومتانة جيدة، وقوة متوسطة في درجات الحرارة المرتفعة، مع وجود بعض القيود عليه في تطبيقات درجات الحرارة العالية جدًا أو التآكل العالي. 5CrNiMo هو صنف مُطابق لمعيار GB/T الصيني، مع أصناف مُكافئة بما في ذلك الأمريكية. AISI L6، JIS SKT4 اليابانية، وDIN W-Nr. الألمانية 1.2713 و1.2714.

1. التركيب الكيميائي لفولاذ 5CrNiMo (GB / T 1299—2000)

ج	سي	من	كر	ني	شهر	ص	س
0.50-0.60	≤0.40	0.50-0.80	0.50-0.80	1.40-1.80	0.15-0.30	≤0.030	≤0.030

2. الخصائص الفيزيائية لـ 5CrNiMo

2.1 درجة الحرارة الحرجة لـ 5CrNiMo

نقطة حرجة	التيار المتردد1	التيار المتردد3	أر1	أر3	آنسة
درجة الحرارة/°م	730	780	610	640	230

2.2 معامل التمدد الخطي لـ 5CrNiMo

درجة الحرارة / درجة مئوية	100 ~ 250	250 ~ 300	350 ~ 600	600 ~ 700
معامل التمدد الخطي α / x10⁻⁶ °C⁻¹	12.55	14.1	14.2	15.0

2.3 معامل المرونة لـ 5CrNiMo

درجة الحرارة / درجة مئوية	درجة حرارة الغرفة	100	200	300	400	500
هـ / ميجا باسكال	209 720	206 780	203 840	198 940	193 060	186 200

2.4 معامل القص لـ 5CrNiMo

درجة الحرارة / درجة مئوية	درجة حرارة الغرفة	100	200	300	400	500
ج/م.ب.س	83 300	82 320	80 360	78 400	75 460	73 500

2.5 الموصلية الحرارية

درجة الحرارة / درجة مئوية	درجة حرارة الغرفة	100	200	300	400	500
λ / [W / (m · K)]	0.44	0.44	0.43	0.43	0.39	0.35

2.6 السعة الحرارية النوعية

درجة الحرارة / درجة مئوية	درجة حرارة الغرفة ~ 100	درجة حرارة الغرفة ~ 200	درجة حرارة الغرفة ~ 300	درجة حرارة الغرفة ~ 400	درجة حرارة الغرفة ~ 500
cₚ (20 درجة مئوية) / [جول / (كجم · كلفن)]	0.484	0.497	0.509	0.531	0.552

2.7 الكثافة 7.804 جرام/سم³.

3. مواصفات عملية التشكيل الساخن من 5CrNiMo

غرض	درجة حرارة التدفئة / °C	درجة حرارة التشكيل الأولية / درجة مئوية	درجة حرارة التشكيل النهائية / درجة مئوية	طريقة التبريد
سبيكة فولاذية	1140 ~ 1180	1100 ~ 1150	800 ~ 880	التبريد البطيء (تبريد الحفرة أو الرمل)
سبائك الصلب	1100 ~ 1150	1050 ~ 1100	800 ~ 850	التبريد البطيء (تبريد الحفرة أو الرمل)

ملحوظة: يمكن تقوية فولاذ 5CrNiMo بالتبريد الهوائي، ولكنه عرضة لتكوين بقع بيضاء، لذا يجب تبريده ببطء بعد التشكيل. بالنسبة للتشكيلات الكبيرة، يجب حفظها في فرن عند درجة حرارة 600 درجة مئوية حتى تصبح درجة الحرارة موحدة، ثم تبريدها ببطء إلى 150-200 درجة مئوية، ثم تبريدها أخيرًا بالهواء. أما بالنسبة للتشكيلات الكبيرة، فيجب إجراء عملية التطبيع فورًا بعد التبريد إلى 150-200 درجة مئوية.

4. المعالجة الحرارية لـ 5CrNiMo

4.1 التسخين المسبق

① خيارات التلدين بعد التشكيل

خيار المعالجة الحرارية الأولية	معلمات العملية
التلدين بعد التشكيل	سخّنه إلى ٧٦٠-٧٨٠ درجة مئوية، ثم اتركه لمدة ٤-٦ ساعات، ثم برّده إلى أقل من ٥٠٠ درجة مئوية قبل تفريغه للتبريد الهوائي. بعد التلدين، تتراوح صلابته بين ١٩٧ و٢٤١ HBW، مع بنية مجهرية من البيرليت والفيريت.
التلدين المتساوي الحرارة بعد التشكيل	درجة حرارة التسخين: 850–870 درجة مئوية، تُحفظ لمدة 4–6 ساعات؛ درجة الحرارة المتساوية الحرارة: 680 درجة مئوية، تُحفظ لمدة 4–6 ساعات؛ يُبرد في الفرن إلى أقل من 500 درجة مئوية، ثم يُزال للتبريد بالهواء؛ صلابة ما بعد التلدين: 197–241 HBW؛ التركيب الدقيق: بيرليت + فيريت.
تجديد قوالب التشكيل والتلدين	سخّنه إلى ٧١٠-٧٣٠ درجة مئوية، ثم احتفظ به لمدة ٤-٦ ساعات، ثم برّده في الفرن إلى أقل من ٥٠٠ درجة مئوية قبل إزالته للتبريد بالهواء. صلابة ما بعد التلدين: ١٩٧-٢٤١ HBW.

② البنية الدقيقة والصلابة قبل وبعد التلدين

قطر المسافة البادئة / مم	HBW	البنية الدقيقة (قبل التلدين)	البنية الدقيقة (بعد التلدين)
3.9 ~ 4.3	241 ~ 197	تروستيت + مارتنسيت	بيرلايت + فيريت

4.2 التبريد

① مواصفات عملية التبريد الموصى بها

درجة حرارة التبريد/°م	وسط تبريد الإخماد	تبريد الإخماد درجة حرارة الوسط/°م	تابع	صلابة HRC
830 ~ 860	زيت	20 ~ 60	قم بتسخينه مباشرة بعد التبريد إلى 150 ~ 180 درجة مئوية	53 ~ 58

ملحوظة:

• بالنسبة للقوالب الكبيرة، استخدم الحد الأعلى لدرجة حرارة التسخين والإخماد؛ بالنسبة للقوالب الصغيرة (طول الجانب أقل من 200–300 مم)، استخدم الحد الأدنى.
• لتقليل الإجهاد والتشوه أثناء التبريد، بعد التسخين إلى 830-860 درجة مئوية، يُبرّد أولًا في الهواء إلى 750-780 درجة مئوية، ثم يُبرّد بالزيت إلى 150-180 درجة مئوية. يُزال ويُسخّن فورًا.
• للقوالب الكبيرة، سخّنها ببطء إلى 600-650 درجة مئوية واتركها لمدة ساعة إلى ساعة ونصف. لا ترفع درجة حرارة الفرن إلا بعد التسخين الكامل. لتحسين جودة التسخين، ضع قطع العمل على ألواح دعم بسمك 60-100 مم أثناء التسخين.
• يزيد إخماد الوحدات عند درجات حرارة غمر الزيت المنخفضة من خطر التشقق. ولمنع التشقق، غالبًا ما تتضمن الممارسة الفعلية غمرًا في الزيت عند درجة حرارة حوالي 200 درجة مئوية. وبينما يُنتج هذا طبقة سطحية مارتنسيتية، يبقى القلب في الحالة الأوستنيتية. ولإطالة عمر الخدمة، يمكن استخدام الإخماد المتساوي الحرارة.

② عملية التبريد المتساوي الحرارة

نوع العملية	درجة حرارة التبريد (°م)	وسط التبريد	درجة حرارة متوسطة (°م)	درجة الحرارة والوقت المتساويين	صلابة الإخماد (HRC)	البنية الدقيقة بعد الإخماد
التبريد المتساوي الحرارة	830 – 860	زيت	20 – 60	قم بتبريد سطح القالب إلى 150-200 درجة مئوية، ثم ضعه في حمام بدرجة حرارة 280-300 درجة مئوية لمدة 2-3 ساعات	–	كمية صغيرة من الباينيت + الباينيت السفلي + الأوستينيت المُحتفظ به. بعد المعالجة الحرارية، يتحول الباينيت إلى الباينيت السفلي.
التبريد بدرجة حرارة عالية	890 – 910	زيت	–	–	61.5	مارتنسيت شبكي + أوستينيت محتفظ به (حوالي 9.2% من حيث الحجم)، حجم الحبيبات 7-8.

ملحوظات:

• التبريد المتساوي الحرارة: تؤدي هذه العملية إلى تقليل ميل القالب إلى التشقق وتحسين مدة خدمته.
• التبريد بدرجة حرارة عالية: درجة حرارة التلطيف هي 420-550 درجة مئوية، ويتم تلطيفها مرتين، مما يؤدي إلى صلابة 38-47 HRC.

4.3 التلطيف

① مواصفات عملية التلطيف الموصى بها

يخطط	غرض التلطيف	مواصفات قالب التشكيل	درجة حرارة التقسية (درجة مئوية)	معدات التدفئة	الصلابة (HRC)
أنا	إزالة التوتر، تثبيت البنية والحجم	صغير	490 ~ 510	فرن غاز أو فرن كهربائي	44 ~ 47
		واسطة	520 ~ 540		38 ~ 42
		كبير	560 ~ 580		34 ~ 37
الثاني		ذيل السنونو (متوسط)	620 ~ 640		34 ~ 37
		ذيل السنونو (صغير)	640 ~ 660		30 ~ 35

ملحوظة: بعد التطبيع، يجب إجراء عملية إخماد الزيت لمنع تكوّن هشاشة التطبيع. لتخفيف الإجهادات الناتجة عن إخماد الزيت، يمكن إجراء عملية تطبيع ثانية عند درجة حرارة تتراوح بين 160 و180 درجة مئوية. يجب عدم تبريد قوالب التشكيل الكبيرة إلى درجة حرارة الغرفة في الزيت أثناء التطبيع أو التطبيع، لأن ذلك قد يُسبب تشققات.

② تأثير درجات حرارة الإخماد والتلطيف على صلابة التأثير

	درجة حرارة التلطيف (°م)	300	350	400	450	500
درجة حرارة التبريد (°م)840	تمثل القيم في الجدول قوة التحمل للصدمات، a_k / (J/cm²).	21	25	29	35	45
درجة حرارة التبريد (°م)950		19	20	23	25	35
درجة حرارة التبريد (°م)1000		13	16	20	23	30

ملحوظة: عندما يتم معالجة وحدة الفولاذ 5CrNiMo عند درجة حرارة 380-450 درجة مئوية، يتحول الأوستينيت المبرد للغاية في القلب إلى بنية باينيت علوية، مما يؤدي إلى صلابة تأثير ضعيفة للغاية.

③ تأثير درجات حرارة الإخماد والتلطيف على الصلابة من 5CrNiMo

	درجة حرارة التلطيف (°م)	300	350	400	450	500	550	600
درجة حرارة التبريد (°م)850	صلابة HRC	52	50	48	45	41	38	32
درجة حرارة التبريد (°م)900		52	50	48	45	41	38	32
درجة حرارة التبريد (°م)950		53	51	49	46	42	39	33
درجة حرارة التبريد (°م)1000		54	52	50	47	43	40	34

5. الخصائص الميكانيكية

فولاذ 5CrNiMo هو فولاذ تقليدي مُشكّل بالطرق الساخنة، يتميز بمرونة وصلابة جيدتين، إلى جانب قوة ومقاومة تآكل كافية. لا يتأثر بتأثيرات الحجم، وخصائصه الميكانيكية في درجة حرارة الغرفة تُقارب تلك الموجودة في درجات حرارة تتراوح بين 500 و600 درجة مئوية. عند تسخينه إلى 500 درجة مئوية، يحتفظ بصلابة تُقارب 300 HBW. ونظرًا لانخفاض محتواه من عناصر تشكيل الكربيد، فإن تأثير التصلب الثانوي يكون ضعيفًا، مما يُؤدي إلى ضعف الاستقرار الحراري وانخفاض قوة تحمله في درجات الحرارة العالية.

5.1 صلابة 5CrNiMo عند درجات الحرارة العالية

درجة الحرارة (°م)	300	450	600	650	710	750
الصلابة (HV)	383	351 ~ 354	254 ~ 274	201 ~ 203	147 ~ 154	71.3 ~ 72.7

5.2 صلابة 5CrNiMo في درجات الحرارة العالية

درجة الحرارة (°م)	300	600	650	700
طاقة امتصاص التأثير (KU/J)	48.4	36.4	36.3	70.3

5.3 أداء التعب الحراري

طريقة الاختبار والحالة	20 درجة مئوية ←→ 650 درجة مئوية (1000 دورة)	20 درجة مئوية ←→ 750 درجة مئوية (1000 دورة)
المستوى¹	13.4	20.0

¹كلما ارتفع المستوى، كلما كان أداء التعب الحراري أسوأ.

5.4 أداء التآكل الحراري

عدد الثورات	300	600	900	1200	1500	2500
فقدان الوزن / ملغ	1.00	2.43	3.27	4.2	4.97	5.97

ملحوظة: باستخدام طريقة SR Tittagala، عند درجة حرارة 800 ~ 850 درجة مئوية وضغط 784 ~ 850 نيوتن.

5.5 الخصائص الميكانيكية للسطح والخصائص الميكانيكية الأساسية

جزء	موقع	رم/ ميجا باسكال (قوة الشد)	رإل/ ميجا باسكال (قوة الخضوع)	أ (%)(استطالة)	Z (%)(تقليل المساحة)	KU/J(طاقة التأثير)
درجة حرارة الغرفة	سطح	1310	–	–	41	31.3
درجة حرارة الغرفة	جوهر	1020	761	16	42	14.1
300 درجة مئوية	سطح	1214	–	–	58	48.4
300 درجة مئوية	جوهر	1011	833	26	62	59.2

ملحوظة: أثناء إخماد قطع العمل كبيرة المقطع، يؤدي اختلاف معدلات التبريد بين الطبقة السطحية واللب إلى خصائص ميكانيكية مميزة. تُسمى هذه الظاهرة في الفولاذ بتأثير الكتلة، والمعروف أيضًا بتأثير الحجم.

6. التطبيقات

يتميز فولاذ 5CrNiMo بصلابة شبه موحدة عبر مقطعه العرضي، وذلك بفضل قابليته الممتازة للتصلب، وذلك عند تبريد الكتل الكبيرة (300 مم × 400 مم × 300 مم) في الزيت عند درجة حرارة 820 درجة مئوية، يليها التطبيع عند درجة حرارة 560 درجة مئوية. يُستخدم هذا الفولاذ بشكل أساسي في تصنيع قوالب التشكيل الصغيرة والمتوسطة الحجم بأطوال أضلاع أقل من أو تساوي 300 مم، ودرجات حرارة تشغيل أقل من 500 درجة مئوية. وهو مناسب أكثر لإنتاج وحدات كبيرة ومتوسطة الحجم بكميات كبيرة، كما يُمكن استخدامه في تصنيع مكونات قوالب الصب ذات الأشكال المعقدة.