Właściwości stali narzędziowej 5CrNiMo

Stal narzędziowa 5CrNiMo to niezawodna stal narzędziowa niskostopowa, szeroko stosowana do zastosowań w obróbce na gorąco, szczególnie w matrycach kuźniczych. W Aobo Steel, dzięki naszemu bogatemu doświadczeniu w kuciu stali narzędziowej, rozumiemy właściwości i wymagania dotyczące przetwarzania niezbędne do uzyskania optymalnej wydajności z tego gatunku.

1. 5CrNiMo stal narzędziowa Skład chemiczny

Typowy zakres składu chemicznego stali 5CrNiMo wynosi:

• Węgiel (C): 0.50% – 0.60%
• Krzem (Si): ≤ 0,40%
• Mangan (Mn): 0.50% – 0.80%
• Chrom (Cr): 0.50% – 0.80%
• Nikiel (Ni): 1.40% – 1.80%
• Molibden (Mo): 0.15% – 0.30%

Takie połączenie elementów stopowych pozwala na uzyskanie dobrej równowagi niezbędnych właściwości dla wymagających zastosowań narzędziowych.

2. 5CrNiMo stal narzędziowa Właściwości

2.1 Właściwości mechaniczne

• Balansować: Stop 5CrNiMo oferuje solidne połączenie wytrzymałości, twardości i odporności na zużycie, co czyni go uniwersalnym materiałem do zastosowań zarówno w obróbce na gorąco, jak i na zimno.
• Plastyczność i wytrzymałość: Stal ta charakteryzuje się dobrą ciągliwością i odpornością na uderzenia.
• Wydajność temperaturowa: Zachowuje stosunkowo stabilne właściwości mechaniczne w temperaturze pokojowej i do 500-600°C.
• Twardość: Osiągalna twardość zależy bezpośrednio od zastosowanych parametrów hartowania i odpuszczania. Hartowanie z 850 °C do 1000 °C, a następnie odpowiednie odpuszczanie, zwykle daje wartości twardości od niskich 30s HRC do niskich 50s HRC. Wyższe temperatury hartowania na ogół zwiększają twardość w stanie po hartowaniu, podczas gdy wyższe temperatury odpuszczania zmniejszają twardość, ale poprawiają wytrzymałość.
• Wytrzymałość na uderzenia: Obróbka cieplna ma znaczący wpływ na wytrzymałość na uderzenia. Podczas gdy wyższe temperatury hartowania mogą początkowo ją obniżyć, prawidłowe odpuszczanie wzmacnia tę właściwość. Pożądana mikrostruktura martenzytu płytkowego uzyskana po hartowaniu przyczynia się do lepszej wytrzymałości.

2.2 Właściwości fizyczne

• Rozszerzalność cieplna: Współczynnik rozszerzalności liniowej wzrasta wraz z temperaturą od ok. 12.55×10−6°C−1 (100-250°C) do 15.0×10−6°C−1 (600-700°C). Jest to ważne w przypadku zastosowań wymagających zmian temperatury.
• Moduł sprężystości: Zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury, od ok. 209 720 MPa (temperatura pokojowa) do 186 200 MPa (500°C).
• Moduł ścinania: Zmniejsza się również wraz ze wzrostem temperatury, od 83 300 MPa (temperatura pokojowa) do 73 500 MPa (500°C).
• Przewodność cieplna: W wyższych temperaturach nieznacznie spada, od ~0,44 W/(m·K) (temperatura pokojowa/100°C) do ~0,35 W/(m·K) (500°C).

2.3 Wydajność w wysokich temperaturach

• Wytrzymałość: Przy zachowaniu użytecznej twardości ~300 HBW w temperaturze 500°C, jego wytrzymałość znacznie spada w porównaniu z temperaturą pokojową, potencjalnie zmniejszając się o połowę o 500°C. Ma niższą stabilność na gorąco i słabszą reakcję hartowania wtórnego w porównaniu ze stalami do obróbki na gorąco o wyższej zawartości stopu ze względu na swój skład.
• Twardość: Twardość w wysokiej temperaturze wyraźnie spada powyżej 600°C.

3. Zastosowania stali narzędziowej 5CrNiMo

Biorąc pod uwagę jego właściwości, 5CrNiMo jest często stosowany do:

• Matryce kuźnicze: Nadaje się do dużych i średnich matryc kuźniczych i pras kuźniczych, w szczególności o skomplikowanych kształtach lub narażonych na obciążenia udarowe.
• Narzędzia do pracy na gorąco: Stosowany do cięcia na gorąco i przycinania wykrojników.
• Formy plastikowe: Jego dobre właściwości polerujące sprawiają, że nadaje się do niektórych elementów form z tworzyw sztucznych. Zmodyfikowane gatunki (takie jak 5CrNiMnMoVSCa) są używane do precyzyjnych form wtryskowych.
• Matryce do wytłaczania: Można stosować w procesach wytłaczania na gorąco.
• Komponenty matrycy: Często stosowany jako korpus główny matryc kompozytowych, które zawierają wkładki bardziej odporne na zużycie.
• Części urządzeń kuźniczych: Elementy takie jak głowice młotków i pręty prowadzące.
• Matryce do obróbki na zimno: Ma zastosowanie w niektórych scenariuszach pracy w niskich temperaturach.

4. 5CrNiMo stal narzędziowa obróbka cieplna

Prawidłowa obróbka cieplna jest niezbędna do uzyskania wydajności 5CrNiMo. Doświadczenie Aobo Steel zapewnia właściwą obsługę na tych etapach:

4.1 Wyżarzanie

• Zwykle wykonuje się je po kuciu, aby zmiękczyć stal przed obróbką skrawaniem.
• Popularne metody: wyżarzanie konwencjonalne (760-780°C) lub wyżarzanie izotermiczne (850-870°C, utrzymywanie ~680°C).
• Chłodzenie: Schłodzić w piecu do <500°C, następnie schłodzić na powietrzu. Docelowa twardość: 197-241 HBW.

4.2 Hartowanie

• Zakres standardowy: 830–860°C. Zalecane jest stopniowe podgrzewanie (np. 600–650°C).
• Metoda: Hartowanie w oleju jest powszechne. Opóźnione hartowanie (schłodzenie do 750-780°C w powietrzu przed olejowaniem) może zmniejszyć odkształcenie. Zapewnij szybkie chłodzenie w krytycznych zakresach transformacji dla struktury martenzytycznej, szczególnie w większych przekrojach.
• Hartowanie w wysokiej temperaturze (~900-950°C) może dać martenzyt listwowy o lepszej wytrzymałości, jednak konieczne jest zapobieganie nadmiernemu rozrostowi ziarna.

4.3 Hartowanie

• Wykonać natychmiast po hartowaniu.
• Matryce kuźnicze: Odpuszczane w temperaturze 490–580°C w celu uzyskania twardości 34–47 HRC, w zależności od rozmiaru i zastosowania.
• Trzonki matrycy: Poddane wyższej temperaturze (620-660°C) w celu zwiększenia wytrzymałości (30-37 HRC).
• Uwaga: Unikaj odpuszczania w temperaturze od 300°C do 450°C ze względu na ryzyko kruchości odpuszczania. Podwójne odpuszczanie jest często korzystne.

4.4 Obróbka powierzchni

• W celu zwiększenia twardości powierzchni, odporności na zużycie i trwałości zmęczeniowej można zastosować azotowanie, borowanie lub obróbkę kompozytową.

5. Porównanie z innymi stalami narzędziowymi

• w porównaniu do 5CrMnMo: 5CrNiMo charakteryzuje się ogólnie lepszą hartownością i właściwościami wysokotemperaturowymi, dzięki czemu nadaje się do większych matryc. 5CrMnMo można wybrać do mniejszych matryc, które wymagają większej wytrzymałości i odporności na zużycie niż ciągliwości.
• w porównaniu z nowszymi gatunkami (np. 4CrMnSiMoV, 5Cr2NiMoVSi): Gatunki te opracowano, aby poradzić sobie z ograniczeniami stali 5CrNiMo, zapewniając lepszą wytrzymałość w wysokich temperaturach i odporność na zmęczenie.
• w porównaniu ze stalami wysokostopowymi (np. H13/4Cr5MoSiV1, 3Cr2W8V): 5CrNiMo ma niższą wytrzymałość na gorąco i odporność na zużycie. H13 i podobne gatunki są preferowane w przypadku bardzo wysokich temperatur lub warunków ściernych.

6. Zagadnienia dotyczące jakości i kucia

Końcowe parametry stali w dużym stopniu zależą od jej jakości metalurgicznej, w tym kontroli wtrąceń i jednorodności, a także od prawidłowych metod kucia.

• Kontrola jakości: Procesy takie jak rafinacja próżniowa poprawiają czystość stali.
• Kucie: Kontrolowana redukcja i powolne chłodzenie po kuciu są kluczowe, aby zapobiec wewnętrznym wadom, na które podatny jest 5CrNiMo. Ponad 20-letnie doświadczenie firmy Aobo Steel w kuciu zapewnia, że czynniki te są prawidłowo zarządzane.

7. Podsumowanie

5CrNiMo to wszechstronna i ekonomiczna niskostopowa stal narzędziowa zapewniająca dobrą równowagę wytrzymałości, wytrzymałości i odporności na zużycie w wielu zastosowaniach matryc do kucia na gorąco i niektórych zastosowaniach do obróbki na zimno. Osiągnięcie optymalnych wyników zależy krytycznie od precyzyjnej obróbki cieplnej i wysokiej jakości materiału początkowego. Podczas gdy istnieją nowsze stopy, 5CrNiMo pozostaje standardowym wyborem dla wielu wymagań dotyczących narzędzi.