Lastnosti orodnega jekla 5CrNiMo

Orodno jeklo 5CrNiMo je zanesljivo nizkolegirano orodno jeklo, ki se široko uporablja za vroča dela, zlasti pri kovanju. Pri Aobo Steel z našimi bogatimi izkušnjami pri kovanju orodnega jekla razumemo lastnosti in zahteve glede obdelave, ki so potrebne za doseganje optimalne učinkovitosti tega razreda.

1. Kemična sestava orodnega jekla 5CrNiMo

Tipično območje kemične sestave za jeklo 5CrNiMo je:

• Ogljik (C): 0.50% – 0.60%
• Silicij (Si): ≤ 0,40%
• Mangan (Mn): 0.50% – 0.80%
• Krom (Cr): 0.50% – 0.80%
• Nikelj (Ni): 1.40% – 1.80%
• molibden (Mo): 0.15% – 0.30%

Ta kombinacija legirnih elementov zagotavlja dobro ravnotežje bistvenih lastnosti za zahtevne aplikacije orodja.

2. Lastnosti orodnega jekla 5CrNiMo

2.1 Mehanske lastnosti

• Stanje: 5CrNiMo ponuja trdno kombinacijo trdnosti, žilavosti in odpornosti proti obrabi, zaradi česar je vsestranski za vroče in hladne aplikacije.
• Plastičnost in žilavost: Jeklo ima dobro duktilnost in odpornost na udarce.
• Temperaturna zmogljivost: Ohranja relativno stabilne mehanske lastnosti pri sobni temperaturi in do 500-600°C.
• Trdota: Dosegljiva trdota je neposredno odvisna od uporabljenih parametrov kaljenja in popuščanja. Kaljenje od 850 °C do 1000 °C, ki mu sledi ustrezno popuščanje, običajno daje vrednosti trdote v razponu od nizkih 30 s HRC do nizkih 50 s HRC. Višje temperature kaljenja na splošno povečajo trdoto po kaljenju, medtem ko višje temperature kaljenja zmanjšajo trdoto, vendar izboljšajo žilavost.
• Udarna žilavost: Toplotna obdelava pomembno vpliva na udarno žilavost. Medtem ko ga lahko višje temperature kaljenja na začetku znižajo, pravilno kaljenje izboljša to lastnost. Želena mikrostruktura ploščnega martenzita, dosežena po kaljenju, prispeva k boljši žilavosti.

2.2 Fizikalne lastnosti

• Toplotna ekspanzija: Koeficient linearne razteznosti narašča s temperaturo, od okoli 12.55×10−6°C−1 (100-250 °C) do 15.0×10−6°C−1 (600-700°C). To je pomembno za aplikacije, ki vključujejo temperaturne spremembe.
• Modul elastičnosti: Z naraščanjem temperature se zmanjša od pribl. 209.720 MPa (sobna temperatura) do 186.200 MPa (500 °C).
• Strižni modul: Zmanjša se tudi s temperaturo, od 83.300 MPa (sobna temperatura) do 73.500 MPa (500 °C).
• Toplotna prevodnost: Rahlo se zmanjša pri višjih temperaturah, od ~0,44 W/(m·K) (sobna temperatura/100°C) do ~0,35 W/(m·K) (500°C).

2.3 Zmogljivost pri visokih temperaturah

• Moč: Medtem ko ohranja uporabno trdoto ~300 HBW pri 500 °C, se njegova trdnost znatno zmanjša v primerjavi s sobno temperaturo, potencialno prepolovi za 500 °C. Zaradi svoje sestave ima nižjo vročo stabilnost in šibkejši odziv sekundarnega utrjevanja v primerjavi z visokolegiranimi jekli za vroče delo.
• Trdota: Trdota pri visokih temperaturah opazno pade nad 600 °C.

3. Uporaba orodnega jekla 5CrNiMo

Glede na svoj profil lastnosti se 5CrNiMo pogosto uporablja za:

• Matrice za kovanje: Primerno za velika in srednje velika kovaška orodja za kladiva in stiskalnice, zlasti tista kompleksnih oblik ali izpostavljena udarnim obremenitvam.
• Orodje za vroče delo: Uporablja se za vroče rezalne in obrezovalne matrice.
• Plastični kalupi: Zaradi dobrih lastnosti poliranja je primeren za nekatere komponente plastičnih kalupov. Modificirani razredi (kot je 5CrNiMnMoVSCa) se uporabljajo za precizne kalupe za brizganje.
• Ekstruzijske matrice: Lahko se uporablja za postopke vročega iztiskanja.
• Komponente matrice: Pogosto se uporablja kot glavno telo za kompozitne matrice, ki vključujejo vložke, odpornejše na obrabo.
• Deli opreme za kovanje: Komponente, kot so glave kladiva in vodilne palice.
• Hladno delo umre: Uporabno v določenih scenarijih dela v hladnem.

4. Toplotna obdelava orodnega jekla 5CrNiMo

Pravilna toplotna obdelava je bistvena za delovanje 5CrNiMo. Izkušnje Aobo Steel zagotavljajo pravilno ravnanje skozi te faze:

4.1 Žarjenje

• Običajno se izvaja po kovanju za mehčanje jekla za strojno obdelavo.
• Običajne metode: konvencionalno žarjenje (760-780 °C) ali izotermno žarjenje (850-870 °C, zadrževanje ~680 °C).
• Hlajenje: Ohladite peč na <500 °C, nato ohladite na zraku. Ciljna trdota: 197-241 HBW.

4.2 Kaljenje

• Standardno območje: 830-860°C. Priporočljivo je postopno predgretje (npr. 600-650 °C).
• Metoda: Kaljenje v olju je običajno. Zakasnjeno kaljenje (ohlajanje na 750-780 °C na zraku pred oljenjem) lahko zmanjša popačenje. Zagotovite hitro hlajenje skozi kritična območja transformacije za martenzitno strukturo, zlasti v večjih odsekih.
• Visokotemperaturno kaljenje (~900-950 °C) lahko prinese letvasti martenzit za izboljšano žilavost, vendar je bistveno, da se izognemo pretirani rasti zrn.

4.3 Kaljenje

• Izvedite takoj po kaljenju.
• Matrice za kovanje: Kaljenje med 490-580°C, da dosežete trdoto 34-47 HRC, odvisno od velikosti in uporabe.
• Steblo matrice: višja temperatura (620-660 °C) za večjo žilavost (30-37 HRC).
• Opomba: Izogibajte se popuščanju med 300 °C in 450 °C zaradi nevarnosti krhkosti zaradi popuščanja. Dvojno kaljenje je pogosto koristno.

4.4 Površinske obdelave

• Za izboljšanje površinske trdote, odpornosti proti obrabi in življenjske dobe je mogoče uporabiti nitriranje, boriranje ali kompozitne obdelave.

5. Primerjava z drugimi orodnimi jekli

• proti 5CrMnMo: 5CrNiMo na splošno ponuja boljšo kaljivost in lastnosti pri visokih temperaturah, zaradi česar je primeren za večje matrice. 5CrMnMo bi lahko izbrali za manjše matrice, ki zahtevajo večjo trdnost in odpornost proti obrabi nad žilavostjo.
• v primerjavi z novejšimi razredi (npr. 4CrMnSiMoV, 5Cr2NiMoVSi): Ti razredi so bili razviti za odpravo omejitev 5CrNiMo in nudijo izboljšano trdnost pri visokih temperaturah in odpornost proti utrujenosti.
• v primerjavi z visoko legiranimi razredi (npr. H13/4Cr5MoSiV1, 3Cr2W8V): 5CrNiMo ima nižjo vročo trdnost in odpornost proti obrabi. H13 in podobni razredi so prednostni za zelo visoke temperature ali abrazivne pogoje.

6. Premisleki glede kakovosti in kovanja

Končna učinkovitost je v veliki meri odvisna od metalurške kakovosti jekla, vključno z nadzorom vključkov in homogenostjo, kot tudi od pravilnih praks kovanja.

• Nadzor kakovosti: Postopki, kot je vakuumsko rafiniranje, izboljšajo čistočo jekla.
• Kovanje: Nadzorovana redukcija in počasno ohlajanje po kovanju sta ključnega pomena za preprečevanje notranjih napak, na katere je 5CrNiMo dovzeten. 20+ let strokovnega znanja Aobo Steel o kovanju zagotavlja pravilno upravljanje teh dejavnikov.

7. Povzetek

5CrNiMo je vsestransko in ekonomično nizkolegirano orodno jeklo, ki zagotavlja dobro ravnotežje med žilavostjo, trdnostjo in odpornostjo proti obrabi za številne aplikacije kovanja pri vročem delu in nekatere uporabe pri delu v hladnem. Doseganje optimalnih rezultatov je ključno odvisno od natančne toplotne obdelave in kakovostnega vhodnega materiala. Čeprav obstajajo novejše zlitine, ostaja 5CrNiMo standardna izbira za številne zahteve glede orodja.