Vlastnosti nástrojové oceli 5CrNiMo

Nástrojová ocel 5CrNiMo je spolehlivá nízkolegovaná nástrojová ocel široce používaná pro práce za tepla, zejména v kovacích zápustkách. Ve společnosti Aobo Steel s našimi rozsáhlými zkušenostmi v oblasti kování nástrojové oceli rozumíme vlastnostem a požadavkům na zpracování nezbytným k dosažení optimálního výkonu této třídy.

1. Nástrojová ocel 5CrNiMo Chemické složení

Typický rozsah chemického složení pro ocel 5CrNiMo je:

• Uhlík (C): 0.50% – 0.60%
• Křemík (Si): ≤ 0,401 TP3T
• Mangan (Mn): 0.50% – 0.80%
• Chrom (Cr): 0.50% – 0.80%
• Nikl (Ni): 1.40% – 1.80%
• Molybden (Mo): 0.15% – 0.30%

Tato kombinace legujících prvků poskytuje dobrou rovnováhu základních vlastností pro náročné aplikace nástrojů.

2. Nástrojová ocel 5CrNiMo Vlastnosti

2.1 Mechanické vlastnosti

• Váhy: 5CrNiMo nabízí solidní kombinaci pevnosti, houževnatosti a odolnosti proti opotřebení, díky čemuž je univerzální pro práci za tepla i za studena.
• Plasticita a houževnatost: Ocel vykazuje dobrou tažnost a odolnost proti nárazu.
• Teplotní výkon: Zachovává si relativně stabilní mechanické vlastnosti při pokojové teplotě a do 500-600°C.
• Tvrdost: Dosažitelná tvrdost závisí přímo na použitých parametrech kalení a popouštění. Kalení od 850 °C do 1000 °C, po kterém následuje vhodné popouštění, obvykle poskytuje hodnoty tvrdosti v rozsahu od nízkých 30s HRC do nízkých 50s HRC. Vyšší kalící teploty obecně zvyšují tvrdost po kalení, zatímco vyšší teploty kalení snižují tvrdost, ale zlepšují houževnatost.
• Rázová houževnatost: Tepelné zpracování má významný vliv na rázovou houževnatost. Zatímco vyšší kalicí teploty ji mohou zpočátku snížit, správné temperování tuto vlastnost zlepšuje. Požadovaná mikrostruktura deskového martenzitu dosažená po kalení přispívá k lepší houževnatosti.

2.2 Fyzikální vlastnosti

• Tepelná expanze: Koeficient lineární roztažnosti se zvyšuje s teplotou, z okolí 12.55×10−6°C−1 (100-250 °C). 15.0×10−6°C−1 (600-700 °C). To je důležité pro aplikace zahrnující změny teploty.
• Modul pružnosti: S rostoucí teplotou klesá, od cca. 209 720 MPa (pokojová teplota) až 186 200 MPa (500 °C).
• Modul smyku: Také klesá s teplotou, z 83 300 MPa (pokojová teplota) na 73 500 MPa (500 °C).
• Tepelná vodivost: Mírně se snižuje při vyšších teplotách, z ~0,44 W/(m·K) (pokojová teplota/100°C) na ~0,35 W/(m·K) (500°C).

2.3 Výkon při vysoké teplotě

• Pevnost: Při zachování použitelné tvrdosti ~300 HBW při 500 °C jeho pevnost výrazně klesá ve srovnání s pokojovou teplotou, potenciálně až na polovinu o 500 °C. Má nižší stabilitu za tepla a slabší odezvu sekundárního kalení ve srovnání s vysoce legovanými ocelmi pro práci za tepla díky svému složení.
• Tvrdost: Vysokoteplotní tvrdost výrazně klesá nad 600 °C.

3. Nástrojová ocel 5CrNiMo Aplikace

Vzhledem ke svému profilu vlastností se 5CrNiMo často používá pro:

• Kovací zápustky: Vhodné pro velké a středně velké kovací zápustky pro kladiva a lisy, zejména zápustky složitých tvarů nebo vystavené rázovému zatížení.
• Horké pracovní nástroje: Používá se pro horké řezací a ořezové matrice.
• Plastové formy: Díky svým dobrým leštícím vlastnostem je vhodný pro některé součásti plastových forem. Modifikované třídy (jako 5CrNiMnMoVSCa) se používají pro přesné vstřikovací formy.
• Vytlačovací matrice: Lze použít pro procesy vytlačování za tepla.
• Součásti matrice: Často se používá jako hlavní tělo pro kompozitní matrice, které obsahují vložky odolnější proti opotřebení.
• Části kovacího zařízení: Komponenty jako hlavy kladiv a vodicí tyče.
• Studená práce umírá: Použitelné v určitých scénářích studené práce.

4. Tepelné zpracování nástrojové oceli 5CrNiMo

Správné tepelné zpracování je nezbytné pro výkon 5CrNiMo. Zkušenosti společnosti Aobo Steel zajišťují správnou manipulaci v těchto fázích:

4.1 Žíhání

• Obvykle se provádí po kování pro změkčení oceli pro obrábění.
• Běžné metody: Konvenční žíhání (760-780°C) nebo izotermické žíhání (850-870°C, výdrž ~680°C).
• Chlazení: Pec ochlaďte na <500 °C, poté vzduchem. Cílová tvrdost: 197-241 HBW.

4.2 Kalení

• Standardní rozsah: 830-860°C. Doporučuje se stupňovitý předehřev (např. 600-650°C).
• Metoda: Kalení oleje je běžné. Opožděné kalení (ochlazení na vzduchu na 750-780 °C před naolejováním) může snížit deformaci. Zajistěte rychlé chlazení prostřednictvím kritických transformačních rozsahů pro martenzitickou strukturu, zejména ve větších úsecích.
• Vysokoteplotní kalení (~900-950°C) může poskytnout lištový martenzit pro zlepšení houževnatosti, ale je nezbytné zabránit nadměrnému růstu zrna.

4.3 Temperování

• Proveďte ihned po zchlazení.
• Kovací zápustky: Popouštějte mezi 490-580°C pro dosažení tvrdosti 34-47 HRC, v závislosti na velikosti a použití.
• Stopky matrice: Vyšší temperování (620-660°C) pro zvýšenou houževnatost (30-37 HRC).
• Poznámka: Vyhněte se temperování mezi 300 °C a 450 °C kvůli riziku popouštěcího zkřehnutí. Dvojité temperování je často výhodné.

4.4 Povrchové úpravy

• Pro zvýšení tvrdosti povrchu, odolnosti proti opotřebení a únavové životnosti lze použít nitridaci, boronizaci nebo kompozitní úpravy.

5. Srovnání s ostatními nástrojovými ocelmi

• vs. 5CrMnMo: 5CrNiMo obecně nabízí lepší kalitelnost a vysokoteplotní vlastnosti, díky čemuž je vhodný pro větší raznice. 5CrMnMo lze zvolit pro menší nástroje, které vyžadují vyšší pevnost a odolnost proti opotřebení oproti houževnatosti.
• vs. novější třídy (např. 4CrMnSiMoV, 5Cr2NiMoVSi): Tyto třídy byly vyvinuty tak, aby řešily omezení 5CrNiMo a nabízejí zlepšenou pevnost při vysokých teplotách a odolnost proti únavě.
• vs. vysoce legované třídy (např. H13/4Cr5MoSiV1, 3Cr2W8V): 5CrNiMo má nižší pevnost za tepla a odolnost proti opotřebení. H13 a podobné třídy jsou preferovány pro velmi vysoké teploty nebo abrazivní podmínky.

6. Kvalita a kování

Konečný výkon silně závisí na metalurgické kvalitě oceli, včetně kontroly vměstků a homogenity, stejně jako na správných postupech kování.

• Kontrola kvality: Procesy jako vakuová rafinace zvyšují čistotu oceli.
• Kování: Řízená redukce a pomalé ochlazování po kování jsou klíčové pro prevenci vnitřních defektů, na které je 5CrNiMo náchylný. Více než 20 let zkušeností společnosti Aobo Steel s kováním zajišťuje správné řízení těchto faktorů.

7. Shrnutí

5CrNiMo je všestranná a ekonomická nízkolegovaná nástrojová ocel poskytující dobrou rovnováhu mezi houževnatostí, pevností a odolností proti opotřebení pro mnoho aplikací zápustek pro tváření za tepla a některá použití při práci za studena. Dosažení optimálních výsledků kriticky závisí na přesném tepelném zpracování a kvalitním výchozím materiálu. Zatímco existují novější slitiny, 5CrNiMo zůstává standardní volbou pro řadu požadavků na nástroje.