4Cr5MoSiV1 to gatunek stali narzędziowej do pracy na gorąco zgodny z chińską normą GB/T 1299. Jest to powszechnie stosowana stal narzędziowa do pracy na gorąco chromowo-molibdenowo-wanadowa (Cr-Mo-V), powszechnie znana na całym świecie pod nazwami takimi jak H13 (AISI/ASTM), SKD61 (JIS), 1.2344 (DIN) i X40CrMoV5-1 (ISO/EN/DIN). Ten gatunek stali charakteryzuje się doskonałą wytrzymałością i udarnością, dobrą obrabialnością na gorąco oraz odpornością na zmęczenie cieplne.

1. Skład chemiczny (GB/ T 1299—2000)

C	Si	Mn	Kr	Mo	V	P	S
0.32-0.45	0.80-1.20	0.20-0.50	4.75-5.50	1.10-1.75	0.80-1.20	≤0,030	≤0,030

2. Właściwości fizyczne 4Cr5MoSiV1

2.1 Temperatury punktów krytycznych

Punkt krytyczny	Ac1	Ac3	Ar1	Ar3	SM	Mf
Temperatura /°C	860	915	775	875	340	215

2.2 Współczynnik rozszerzalności liniowej

Temperatura/°C	20 ~ 100	20 ~ 200	20 ~ 300	20 ~ 400	20 ~ 500	20 ~ 600	20 ~ 700
Współczynnik rozszerzalności liniowej α/×10⁻⁶℃⁻¹	9.1	10.3	11.5	12.2	12.8	13.2	13.5

2.3 Przewodność cieplna

Temperatura/°C	250	650
Przewodność cieplna λ/[W/(m·K)]	32.2	28.8

2.4 Gęstość i moduł sprężystości

Gęstość/(g/cm³)	Moduł sprężystości E/MPa
7.8	210 000

3. Kucie na gorąco Specyfikacja procesu z 4Cr5MoSiV1

Przedmiot	Temperatura ogrzewania/°C	Początkowa temperatura kucia/°C	Temperatura końcowego kucia/°C	Metoda chłodzenia
Sztabka stali	1140 ~ 1180	1100 ~ 1150	850 ~ 900	Powolne chłodzenie (chłodzenie w piasku lub w dołku)
Kęsy stalowe	1120 ~ 1150	1050 ~ 1100	850 ~ 900	Powolne chłodzenie (chłodzenie w piasku lub w dołku)

4. Obróbka cieplna 4Cr5MoSiV1

4.1 Podgrzewanie wstępne

Specyfikacja procesu obróbki cieplnej dla stali 4Cr5MoSiV1

Plan obróbki wstępnej	Parametry procesu
Proces wyżarzania po kuciu	Temperatura nagrzewania: 860–890°C, wygrzewanie przez 3–4 godziny, schłodzenie do temperatury poniżej 500°C, a następnie schłodzenie na powietrzu. Twardość po wyżarzaniu ≤229HBW, mikrostruktura: perlit kulisty + niewielka ilość węglików.
Wyżarzanie odprężające	Temperatura grzania: 730 ~ 760°C, utrzymać przez 3 ~ 4 godziny, piec wystudzić.

Twardość i mikrostruktura stali 4Cr5MoSiV1 przed i po wyżarzaniu

	Przed wyżarzaniem	Po wyżarzeniu	Mikrostruktura (przed wyżarzaniem)	Mikrostruktura (po wyżarzaniu)
Średnica wcięcia/mm	≈2,75	≥3,9	Sorbit lub martenzyt	Perlit kulisty + niewielka ilość węglików
HBW	≈500	≤241

4.2 Hartowanie

Specyfikacja procesu hartowania dla stali 4Cr5MoSiV1

Temperatura hartowania/°C	Chłodzenie	Twardość HRC
1020 ~ 1080	Chłodziwo hartownicze	Temperatura chłodziwa hartowniczego/°C
	Olej lub powietrze	20 ~ 60

Zależność między temperaturą hartowania, twardością i wielkością ziarna stali 4Cr5MoSiV1

Temperatura hartowania/°C	930	950	980	1000	1020	1040	1060	1080	1100
Twardość HRC	50.3	52	53.5	54.8	56.3	57.8	58.2	59.1	59.1
Wielkość/gatunek ziarna	—	11.2	11.1	11.1	11.1	11	10	8	7

3. Hartowanie

Specyfikacja procesu odpuszczania dla stali 4Cr5MoSiV1

Cel	Temperatura odpuszczania/°C	Sprzęt	Chłodzenie	Twardość po odpuszczeniu HRC
Złagodź stres, zmniejsz twardość	560 ~ 580¹	Kąpiel solna lub piec powietrzny	Chłodzenie powietrzem	47 ~ 49

Uwaga: Zazwyczaj hartowane dwukrotnie. Temperatura drugiego hartowania jest o 20°C niższa niż pierwszego.

Zależność między temperaturą odpuszczania a twardością stali 4Cr5MoSiV1

Temperatura odpuszczania /°C	Twardość HRC	Temperatura odpuszczania /°C	Twardość HRC
100	59.0	500	57.5
200	57.0	550	53.5
300	54.5	600	49.5
400	54.5	650	40.0
450	57.5	700	30.0

4. Specyfikacje procesu obróbki wzmacniającej powierzchnię stali 4Cr5MoSiV1

Proces	Temperatura/°C	Czas/godz.	Średni	Warstwa dyfuzyjna
				Głębokość/mm	Mikrotwardość HV
Azotowanie	560	2	50% KNO₃ + 50% NaNO₃ (ułamek masowy)	0.04 – 0.07	640 – 690
Azotowanie	580	8	Gaz ziemny + amoniak	0.25	835 – 860
Azotowanie	530 – 550	12 – 20	Szybkość rozkładu amoniaku α wynosi 30% – 60%	0.12 – 0.20	550 – 760

5. Właściwości mechaniczne

Stal 4Cr5MoSiV1 (H13) to hartowana w powietrzu stal narzędziowa do pracy na gorąco. Charakteryzuje się dobrą ciągliwością i wysoką wytrzymałością. Dzięki możliwości hartowania w powietrzu, odkształcenia po hartowaniu i naprężenia szczątkowe są niewielkie, a tendencja do utleniania powierzchni jest również niewielka. Stal ta może powodować zjawisko hartowania wtórnego, charakteryzuje się dobrą stabilnością termiczną i jest odporna na erozję stopionego aluminium. W temperaturze roboczej poniżej 650°C charakteryzuje się wysoką ciągliwością, udarnością, odpornością na utlenianie, odpornością na zmęczenie cieplne, a także wysoką wytrzymałością na pełzanie i rozciąganie.

5.1 Właściwości mechaniczne wzdłużne w temperaturze pokojowej

Temperatura odpuszczania/°C	Po hartowaniu	200	400	500	520	550	580	600	650	700
Twardość HRC	56	54	54	55.5	54	52.5	49	45.5	33	28
Wytrzymałość na rozciąganie RM/MPa	—	—	2040	2100	2080	1980	1780	1650	1180	—
Redukcja obszaru Z (%)	—	—	40	34	40	48	53	54	55	—
Wydłużenie A (%)	—	—	11	11	11.5	12	12.5	14	18	—
Wytrzymałość na uderzenia ak/(J/cm²)	—	—	40	32	35	50	60	70	100	—

Notatka: Hartowanie w oleju w temperaturze 1020°C, odpuszczanie 2-krotne.

5.2 Właściwości zmęczeniowe stali 4Cr5MoSiV1

Temperatura testu/°C	Temperatura pokojowa	540
σ₋₁/MPa	730	510
σ₋₁ₖ/MPa	670	370

5.3 Wzdłużna udarność pręta stalowego 4Cr5MoSiV1¹

Temperatura odpuszczania/°C	Twardość2 Rada Praw Człowieka	Energia absorpcji uderzenia Charpy'ego z karbem V/J w następujących temperaturach testu
		-73°C	21°C	260°C	540°C	595°C
524	54	7	14	27	31	—
565	52	7	14	30	34	343
607	47	8	24	41	45	43
615	43	9.5	24	52	60	57

1. Chłodzenie powietrzem od 1010°C, odpuszczanie wtórne, dwukrotnie w każdej podanej temperaturze.
2. Temperatura pokojowa.
3. 565°C.

5.4 Właściwości rozciągania wzdłużnego pręta stalowego 4Cr5MoSiV1¹

Twardość w temperaturze pokojowej HRC	Temperatura testu/°C	Wytrzymałość na rozciąganie RM/MPa	Niższa granica plastyczności RM/MPa	Wydłużenie po złamaniu A (%)	Redukcja obszaru Z (%)
522	425	1620	1240	13.7	50.6
	540	1305	1000	13.9	54
	595	1020	825	17.5	65.4
	650	450	340	28.9	88.9
483	425	1400	1150	15	59.9
	540	1160	960	17.1	62.4
	595	940	750	18	68.5
	650	455	350	33.6	89
444	425	1200	1005	17	64.1
	540	995	820	20.6	70
	595	827	690	22.6	74
	650	450	350	28.4	87

1. Hartowane w oleju w temperaturze 1010°C (1850°F), a następnie odpuszczane do określonej twardości.
2. Hartowano w temperaturze 527°C przez 2 × 2 godziny.
3. Hartowano w temperaturze 575°C przez 2 × 2 godziny.
4. Hartowano w temperaturze 605°C przez 2 × 2 godziny.

6. Zastosowania

Stal 4Cr5MoSiV1 jest szeroko stosowana do produkcji matryc i trzpieni do wytłaczania na gorąco, matryc do kucia młotkowego, matryc do pras kuźniczych, precyzyjnych matryc kuźniczych oraz form do odlewania ciśnieniowego aluminium, miedzi, magnezu i ich stopów. Konsystencja i czystość stali 4Cr5MoSiV1 bezpośrednio wpływają na trwałość i wydajność narzędzi. Czynniki takie jak precyzyjna kontrola chemiczna, niski poziom fosforu i siarki oraz minimalna ilość wtrąceń mają kluczowe znaczenie. Przetapianie elektrożużlowe (ESR) można wykorzystać do produkcji czystszej, bardziej jednorodnej stali do wymagających zastosowań, w których wymagana jest doskonała polerowalność i odporność na zmęczenie.