5CrNiMo çeliği, özellikle dövme kalıpları olmak üzere çeşitli uygulamalarda yaygın olarak kullanılan geleneksel bir düşük alaşımlı sıcak iş takım çeliğidir. Mükemmel sertleştirilebilirlik, iyi tokluk ve yüksek sıcaklıklarda orta düzeyde mukavemete sahiptir, ancak çok yüksek sıcaklık veya yüksek aşınma uygulamalarında bazı sınırlamaları vardır. 5CrNiMo, Çin'in GB/T standardı kapsamında bir kalitedir ve Amerikan menşeli eşdeğer kaliteler de mevcuttur. AISI L6, Japon JIS SKT4 ve Alman DIN W-Nr. 1.2713 ve 1.2714.

1. 5CrNiMo Çeliğinin Kimyasal Bileşimi (GB / T 1299—2000)

C	Si	Mn	Cr	Hayır	Ay	P	S
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. 5CrNiMo'nun Fiziksel Özellikleri

2.1 5CrNiMo'nun Kritik Sıcaklığı

Kritik Nokta	Ac1	Ac3	Ar1	Ar3	Bayan
Sıcaklık/ °C	730	780	610	640	230

2.2 5CrNiMo'nun Doğrusal Genleşme Katsayısı

Sıcaklık / °C	100 ~ 250	250 ~ 300	350 ~ 600	600 ~ 700
Doğrusal Genleşme Katsayısı α / x10⁻⁶ °C⁻¹	12.55	14.1	14.2	15.0

2.3 5CrNiMo'nun Elastik Modülü

Sıcaklık / °C	Oda Sıcaklığı	100	200	300	400	500
E / MPa	209 720	206 780	203 840	198 940	193 060	186 200

2.4 5CrNiMo'nun Kesme Modülü

Sıcaklık / °C	Oda Sıcaklığı	100	200	300	400	500
G / MPa	83 300	82 320	80 360	78 400	75 460	73 500

2.5 Isıl İletkenlik

Sıcaklık / °C	Oda Sıcaklığı	100	200	300	400	500
λ / [W / (m · K)]	0.44	0.44	0.43	0.43	0.39	0.35

2.6 Özgül Isı Kapasitesi

Sıcaklık / °C	Oda Sıcaklığı ~ 100	Oda Sıcaklığı ~ 200	Oda Sıcaklığı ~ 300	Oda Sıcaklığı ~ 400	Oda Sıcaklığı ~ 500
cₚ (20°C) / [J / (kg · K)]	0.484	0.497	0.509	0.531	0.552

2.7 Yoğunluk 7.804 g/cm³'tür.

3. Sıcak Dövme İşlemi Spesifikasyonu 5CrNiMo'nun

Öğe	Isıtma Sıcaklığı / °C	İlk Dövme Sıcaklığı / °C	Son Dövme Sıcaklığı / °C	Soğutma Yöntemi
Çelik Külçe	1140 ~ 1180	1100 ~ 1150	800 ~ 880	Yavaş soğutma (çukur veya kum soğutması)
Çelik Kütük	1100 ~ 1150	1050 ~ 1100	800 ~ 850	Yavaş soğutma (çukur veya kum soğutması)

Not: 5CrNiMo çeliği havada soğutularak sertleştirilebilir, ancak beyaz lekeler oluşmaya eğilimlidir, bu nedenle dövme işleminden sonra yavaşça soğutulmalıdır. Büyük dövme parçalar için, sıcaklık homojen hale gelene kadar 600°C'lik bir fırında bekletilmeli, ardından yavaşça 150-200°C'ye soğutulmalı ve son olarak havada soğutulmalıdır. Daha büyük dövme parçalar için ise, 150-200°C'ye soğutulduktan hemen sonra temperleme yapılmalıdır.

4. 5CrNiMo'nun Isıl İşlemi

4.1 Ön ısıtma

① Dövme Sonrası Tavlama Seçenekleri

Ön Isıl İşlem Seçeneği	İşlem Parametreleri
Dövme Sonrası Tavlama	760-780°C'ye ısıtın, 4-6 saat bekletin ve ardından hava soğutması için boşaltmadan önce fırını 500°C'nin altına soğutun. Tavlama işleminden sonra sertlik 197 ila 241 HBW arasında değişir ve mikro yapısı perlit + ferrittir.
Dövme Sonrası İzotermal Tavlama	Isıtma sıcaklığı: 850–870°C, 4–6 saat bekletilir; İzotermal sıcaklık: 680°C, 4–6 saat bekletilir; Fırında 500°C'nin altına soğutulur, ardından hava soğutması için çıkarılır; Tavlama sonrası sertlik: 197–241 HBW; Mikro yapı: perlit + ferrit.
Dövme Kalıp Yenileme Tavlama	710–730°C'ye ısıtın, 4–6 saat bekletin, ardından hava soğutması için fırından çıkarmadan önce 500°C'nin altına soğutun. Tavlama sonrası sertlik: 197–241 HBW.

② Tavlama Öncesi ve Sonrası Mikro Yapı ve Sertlik

Girinti Çapı / mm	HBW	Mikro Yapı (Tavlama Öncesi)	Mikroyapı (Tavlama Sonrası)
3.9 ~ 4.3	241 ~ 197	Troostit + Martensit	Perlit + Ferrit

4.2 Söndürme

① Önerilen Söndürme İşlemi Spesifikasyonu

Söndürme Sıcaklığı/°C	Söndürme Soğutma Ortamı	Söndürme Soğutma Ortam Sıcaklığı/°C	Devam etti	Sertlik HRC
830 ~ 860	Yağ	20 ~ 60	150 ~ 180°C'ye soğutulduktan hemen sonra temperleyin	53 ~ 58

Not:

• Büyük kalıplar için söndürme ısıtma sıcaklığının üst sınırını, küçük kalıplar için (kenar uzunluğu 200–300 mm'nin altında) ise alt sınırı kullanın.
• Söndürme sırasında stres ve deformasyonu en aza indirmek için, 830–860°C'ye ısıttıktan sonra, önce havada 750–780°C'ye kadar ön soğutma yapın, ardından 150–180°C'ye kadar yağda söndürme yapın. Çıkarın ve hemen temperleyin.
• Büyük kalıplar için, yavaşça 600-650°C'ye ısıtın ve 1-1,5 saat bekletin. Fırın sıcaklığını ancak iyice ısıttıktan sonra artırın. Isıtma kalitesini artırmak için, ısıtma sırasında iş parçalarını 60-100 mm kalınlığındaki destek plakalarına yerleştirin.
• Düşük yağ daldırma sıcaklıklarında modül söndürme, çatlama riskini artırır. Çatlamayı önlemek için, gerçek uygulamada genellikle 200°C civarında yağ daldırma işlemi uygulanır. Bu işlem martensitik bir yüzey tabakası oluştururken, çekirdek östenitik halde kalır. Hizmet ömrünü uzatmak için izotermal söndürme kullanılabilir.

② İzotermal Söndürme İşlemi

İşlem Türü	Söndürme Sıcaklığı (°C)	Soğutma Ortamı	Orta Sıcaklık (°C)	İzotermal Sıcaklık ve Zaman	Söndürme Sertliği (HRC)	Söndürme Sonrası Mikro Yapı
İzotermal Söndürme	830 – 860	Yağ	20 – 60	Kalıp yüzeyini 150-200°C'ye soğutun, ardından 2-3 saat boyunca 280-300°C'lik bir banyoda tutun.	–	Az miktarda bainit + alt bainit + kalan ostenit. Tavlama sonrasında bainit, alt bainite dönüşür.
Yüksek Sıcaklıkta Söndürme	890 – 910	Yağ	–	–	61.5	Çıta martenzit + tutulan ostenit (hacimce yaklaşık 9.2%), tane boyutu 7-8.

Notlar:

• İzotermal Söndürme: Bu işlem kalıbın çatlama eğilimini azaltır ve kullanım ömrünü uzatır.
• Yüksek Sıcaklıkta Söndürme: Menevişleme sıcaklığı 420-550°C olup, iki kez menevişleme yapılarak 38-47 HRC sertliğe ulaşılmıştır.

4.3 Temperleme

① Önerilen Tavlama İşlemi Spesifikasyonları

Plan	Tavlama Amacı	Dövme Kalıp Spesifikasyonu	Temperleme Sıcaklığı (°C)	Isıtma Ekipmanları	Sertlik (HRC)
BEN	Stresi ortadan kaldırın, yapıyı ve boyutu sabitleyin	Küçük	490 ~ 510	Gazlı fırın veya Elektrikli fırın	44 ~ 47
		Orta	520 ~ 540		38 ~ 42
		Büyük	560 ~ 580		34 ~ 37
II		Kırlangıç Kuyruğu (Orta)	620 ~ 640		34 ~ 37
		Kırlangıç Kuyruğu (Küçük)	640 ~ 660		30 ~ 35

Not: Tavlama işleminden sonra, temper kırılganlığının oluşmasını önlemek için yağda söndürme yapılmalıdır. Yağda söndürme sırasında oluşan gerilimleri azaltmak için 160-180°C'de ikinci bir temperleme yapılabilir. Büyük dövme kalıpları, çatlamaya neden olabileceğinden, söndürme veya temperleme sırasında yağ içinde oda sıcaklığına kadar soğutulmamalıdır.

② Söndürme ve Tavlama Sıcaklıklarının Darbe Tokluğuna Etkisi

	Tavlama Sıcaklığı (°C)	300	350	400	450	500
Söndürme Sıcaklığı (°C)840	Tabloda yer alan değerler darbe tokluğunu, a_k / (J/cm²) ifade etmektedir.	21	25	29	35	45
Söndürme Sıcaklığı (°C)950		19	20	23	25	35
Söndürme Sıcaklığı (°C)1000		13	16	20	23	30

Not: 5CrNiMo çelik modülü 380-450°C'de temperlendiğinde, çekirdekteki aşırı soğutulmuş ostenit üst bainit yapısına dönüşür ve bu da son derece düşük darbe tokluğuna neden olur.

③ Söndürme ve Tavlama Sıcaklıklarının Sertlik Üzerindeki Etkisi 5CrNiMo'nun

	Tavlama Sıcaklığı (°C)	300	350	400	450	500	550	600
Söndürme Sıcaklığı (°C)850	Sertlik HRC	52	50	48	45	41	38	32
Söndürme Sıcaklığı (°C)900		52	50	48	45	41	38	32
Söndürme Sıcaklığı (°C)950		53	51	49	46	42	39	33
Söndürme Sıcaklığı (°C)1000		54	52	50	47	43	40	34

5. Mekanik Özellikler

5CrNiMo çeliği, iyi plastiklik ve tokluğun yanı sıra yeterli mukavemet ve aşınma direncine sahip geleneksel bir sıcak dövme kalıp çeliğidir. Boyut etkilerine karşı duyarsızdır ve oda sıcaklığındaki mekanik özellikleri, 500 ila 600°C arasındaki sıcaklıklardakiyle neredeyse aynıdır. 500°C'ye ısıtıldığında bile yaklaşık 300 HBW sertliğini korur. Karbür oluşturan elementlerin düşük içeriği nedeniyle ikincil sertleştirme etkisi zayıftır ve bu da zayıf termal kararlılığa ve düşük yüksek sıcaklık dayanımına neden olur.

5.1 5CrNiMo'nun Yüksek Sıcaklık Sertliği

Sıcaklık (°C)	300	450	600	650	710	750
Sertlik (HV)	383	351 ~ 354	254 ~ 274	201 ~ 203	147 ~ 154	71.3 ~ 72.7

5.2 5CrNiMo'nun Yüksek Sıcaklık Darbe Tokluğu

Sıcaklık (°C)	300	600	650	700
Darbe Emilim Enerjisi (KU/J)	48.4	36.4	36.3	70.3

5.3 Termal Yorgunluk Performansı

Test Yöntemi ve Durumu	20°C ←→ 650°C (1000 çevrim)	20°C ←→ 750°C (1000 çevrim)
Seviye¹	13.4	20.0

¹Seviye ne kadar yüksekse, termal yorgunluk performansı o kadar kötüdür.

5.4 Termal Giyim Performansı

Devir Sayısı	300	600	900	1200	1500	2500
Kilo Kaybı / mg	1.00	2.43	3.27	4.2	4.97	5.97

Not: SR Tittagala metodu kullanılarak, 800 ~ 850°C sıcaklık ve 784 ~ 850N basınçta.

5.5 Yüzey mekanik özellikleri ve çekirdek mekanik özellikleri

Parça	Konum	RM/ MPa(Çekme Dayanımı)	Rel/ MPa(Akma Dayanımı)	A (%)(Uzama)	Z (%)(Alan Azaltma)	KU/J(Darbe Enerjisi)
Oda Sıcaklığı	Yüzey	1310	–	–	41	31.3
Oda Sıcaklığı	Çekirdek	1020	761	16	42	14.1
300°C	Yüzey	1214	–	–	58	48.4
300°C	Çekirdek	1011	833	26	62	59.2

Not: Büyük kesitli iş parçalarının soğutulması sırasında, yüzey tabakası ile çekirdek arasındaki farklı soğuma hızları, farklı mekanik özelliklerle sonuçlanır. Çelikteki bu olguya kütle etkisi veya boyut etkisi denir.

6. Uygulamalar

5CrNiMo çeliği, mükemmel sertleştirilebilirliği sayesinde, büyük bloklar (300 mm × 400 mm × 300 mm) 820°C'de yağda su verilerek ve ardından 560°C'de temperlenerek kesiti boyunca neredeyse homojen bir sertlik sergiler. Öncelikle, kenar uzunlukları ≤300 mm ve çalışma sıcaklıkları 500°C'nin altında olan çeşitli küçük ve orta boy dövme kalıplarının üretiminde kullanılır. Seri üretimde büyük ve orta boy modüllerin üretimi için daha uygundur ve ayrıca karmaşık şekilli döküm kalıp bileşenlerinin imalatında da kullanılabilir.