热作模具钢5CrNiMo焊接性及补焊接头性能研究(热作模具钢的种类、特点和应用)
admin很多人不知道热作模具钢5CrNiMo焊接性及补焊接头性能研究的知识，小编对热作模具钢的种类、特点和应用进行分享，希望能对你有所帮助！
本文导读目录：
热作模具钢5CrNiMo焊接性及补焊接头性能研究
表15CrNiMo的化学成分（质量分数）（%）。
CSiMnCrMoNiPS0.50～0.60≤0.400.50～0.800.50～0.800.15～0.301.40～1.80≤0.030≤0.030。
硬度HBC5CrNiMo729796468540材质屈服强度/MPa抗拉强度/MPa断面收缩率（%）冲击值20℃/J。
表3CHR397的化学成分（质量分数）（%）。
CCrMoMnSiSP标准值≤0.60≤2.00≤1.00≤2.50≤1.00≤0.035≤0.04一例0.461.200.641.000.620.0060.019。
屈服强度/MPa抗拉强度/MPa硬度HBC≥600≥700≥40。
利用JmatPro计算合金材料中的相平衡，并以相组成为基础进行材料的焊接热循环、CCT图、性能的预测。
（1）补焊工艺准备①缺陷的检测：采用PT和UT对锻模夹持器的裂纹进行评判和记录，以确保对裂纹的补焊完全、可靠。
②去除裂纹及制备坡口：由于裂纹较大，所以采用机械加工对裂纹进行清除，坡口深度以裂纹深度为准，在满足使用要求的前提下，坡口尽量开小一些，深度比检测记录的尺寸基础上在加大了3～5mm，加工后的坡口底部不允许存在尖角和直角，坡口两侧进行圆滑过渡处理，防止焊后缺陷的产生。
③清理：将坡口周围30～50mm以内的油污、氧化渣及可能会影响的焊缝质量的其他杂质清理干净。
由于锻模夹持器比较大，裂纹尺寸比较长且深（见图2），所以补焊的工作量大，补焊时间较长，极容易造成锻模夹持器在补焊过程中快速降温，增大淬硬倾向。
考虑到以上因素，通过多次工艺评定，确定补焊预热温度为450℃，由于焊接量较大，为保证预热后锻模的温度均匀性，故需对其进行整体入炉处理，并保温8h；焊条按厂家要求须经250℃左右烘焙1h，焊接时焊条放置入焊条保温桶里随取随用。
（2）补焊工艺及操作要点首先，补焊工艺：使用YC400TX“IGBT控制直流TIG弧焊电源”的焊机，打底焊采用φ3.2mm的焊条，填充层和盖面层采用φ4.0mm的焊条进行焊接，在保证熔合好的前提下，采用小规范的焊接工艺要求，直流反接，具体参数如表5所示。
锻模夹持器在补焊工作前，采用保温棉将整个锻模包覆并捆绑紧如图3所示。
在补焊区域的正前方增加一个补热器，避免锻模降温过快，造成整体温度不均匀。
锻模夹持器整体性虽然采用热焊法进行补焊，但在补焊进程中仍然会出现很多问题，焊接温度与锻模夹持器温度差值较大，容易出现较大的内应力，组织也不够稳定，极容易出现晶粒粗大、合金元素烧损等不良现象。
因此，为了获得化学成分、组织性能均匀的焊缝，同时需要满足母材的力学性能要求，焊接后必须经过（535±10）℃/6h的整体回火热处理，具体工艺如图4所示。
焊条直径/mm焊接电流/A电弧电压/V电源极性3.2100～12024～26直流反接4.0140～19024～26直流反接。
其次，补焊操作要点：焊接时采用多层、多道焊，尽量选择平焊位置进行焊接操作，严格控制焊接区域的温度，防止晶粒粗大、合金元素的烧损等。
焊条在运动过程中尽量不要摆动，每层≤4mm；每道焊缝都必须充分锤击，以减少焊缝的内应力，尤其是打底焊的焊缝尽量要求每焊接80～150mm，趁焊道还没有完全冷却下来时就进行锤击。
焊条摆动时，尽量做到中间快两边停留时间稍微长一些，这样能保证焊缝的平整，减少焊缝的厚薄均匀性。
为了避免焊道的夹渣和未熔合，每层焊缝都需要及时清理，并对焊缝进行仔细的检查，特别是每道焊缝的收弧处和焊缝表面。
用测温仪时刻监控锻模夹持器的温度，锻模夹持器的温度不能低于工艺要求：温度低于工艺规定要求就需要加大补热强度；高于工艺规定要求便及时停止焊接，待温度符合工艺规定范围时再进行正常的焊接。
焊缝与焊缝的搭接不得小于焊缝宽度的1/3，每层的接头、凹坑及转弯处尽量避免出现在同一位置，以避免应力集中。
焊后及时检查补焊区域的焊缝，查看补焊区域的焊缝是否存在缺肉、焊缝尺寸不够等情况；如果出现裂纹、夹渣、气孔等缺陷，应及时处理。
热作模具钢的种类、特点和应用
3Cr3Mo3W2V（HM1）钢具有优良的强韧性，较高热强性、耐磨性、回火稳定性，抗冷热疲劳性能、冷热加工性能好，工作温度700℃以上。
该钢通用性强，适合于制作在高温、高速、高负荷、急冷急热条件下工作的模具，其性能优于4Cr5W2VSi和3Cr2W8V钢，模具寿命比3Cr2W8V钢提高标准23倍。
5Cr4W5MoV（RM2）钢工作温度达700℃，具有较高的回火抗力和热稳定性，高的热强性，高的高温硬度和耐磨性，但其韧性和抗热疲劳性能低于H13钢。
适合于制作有高的高温强度和抗磨损性能的热作模具，可代替3Cr2W8V钢，模具寿命可提高2-4倍。
5Cr4Mo3SiMnVAl（012AI）钢工作温度达700℃以上，具有较高的热强性，高温硬度，抗回火稳定性、耐磨性和抗热疲劳性、韧性和热加工塑性好，氮化性能好。
可替代3Cr2W8V钢模具寿命可提高3-5倍。
4Cr40Mo2WSiV（YB/T210-1976）钢具有较高的热稳定性、韧性、耐磨性和抗龟裂性，其稳定性优于4Cr5W2VSi和4Cr5MoSiV1钢，与3Cr2W8V钢相近。
3Cr2W8MoV（JB/T6399-1992）钢是3Cr2W8V钢的改进型。
3Cr3Mo3VNb（HB5137-1980）钢一种超高强韧性热作模具钢，在高于600℃时，比4Cr5MoSiV1、4Cr5W2VSi、3Cr2W8V钢具有更高的高温强韧性、热稳定性、热强性、耐磨性和抗热疲劳性能，冷热加工性能好。
3Cr3Mo3V钢热稳定性、硬度、耐热疲劳性能及韧性等适中。
4Cr3Mo2V钢最高温度达700℃，适合于热挤压模。
4Cr3MoSiV钢工作温度达700℃，代号CH75。
一种高韧性、高热稳定性热作模具钢及其制备方法与流程
优选地，在步骤s2中，当钢水温度≥1650℃，白渣时间≥30分钟，加入火砖块2～3kg/吨调整好炉渣流动性，喂al线，按目标控制铝含量。
优选地，在步骤s3中，吹入氩气的方式为软吹。
优选地，步骤s8中，保温时间按照1.3～1.5min/mm计算。
优选地，步骤s8中，采用直接水冷方式进行冷却的具体步骤为，出炉空冷至表面860～900℃时，快速放入25～30℃的水中进行冷却，水冷至中心温度860～890℃后，空冷15～20min，出水表面温度≤150℃，使得工件表面最高返温温度为200-250℃后入炉进行球化退火。
本发明的另一个目的在于提供一种采用上述制备方法制备的高韧性、高热稳定性热作模具钢。
优选地，所述热作模具钢的组分含量为，按质量百分比，c0.35％～0.40％、mn0.40％～0.60％、si0.10％～0.30％、s≤0.003％、p≤0.010％、cr4.75％～5.50％、mo1.75％～1.95％、v0.40％～0.65％、ni≤0.20％、cu≤0.20％，其余为fe。
优选地，所述热作模具钢在室温的热传率为28.2～28.5w/m·k；所述热作模具钢在100℃的热膨胀系数为10.8～10.9×10-6/℃，所述热作模具钢在100℃的热传率为28.4～28.7w/m·k；所述热作模具钢在200℃的热膨胀系数为11.2～11.4×10-6/℃，所述热作模具钢在100℃的热传率为28.8～29.1w/m·k；所述热作模具钢在300℃的热膨胀系数为11.8～12.0×10-6/℃，所述热作模具钢在300℃的热传率为27.8～28.1w/m·k；所述热作模具钢在400℃的热膨胀系数为12.0～12.3×10-6/℃，所述热作模具钢在400℃的热传率为27.2～27.5w/m·k；所述热作模具钢在500℃的热膨胀系数为12.3～12.6×10-6/℃，所述热作模具钢在500℃的热传率为26.6～26.8w/m·k；所述热作模具钢在600℃的热膨胀系数为12.6～12.8×10-6/℃，所述热作模具钢在600℃的热传率为26.2～26.5w/m·k。
本发明的一种高韧性、高热稳定性热作模具钢的制备方法，跟现有技术相比具有以下优点：。
(1)通过对制备工艺的改进结合组分含量的改变，使得钢的纯净度提升。
其中p≤0.010％，s≤0.002％，残余气体含量n≤90ppm，h≤1.5ppm，o≤13ppm，同时通过对冶炼原料的精选、炼钢工艺的优化、浇注工艺关键控制点的管控，如如浇钢温度、浇注速度，实现对电极坯成份偏析、夹杂物含量的精准控制；。
(2)通过保护气氛冶炼、合适的恒熔速控制、合理的预熔渣选择、电极坯冶炼顺序保证了电渣锭的纯净度，近一步改善结晶组织、成分偏析，尤其是液析碳化物的控制、致密度。
(3)通过超高温长时间的高温扩散，有效溶解和扩散碳化物，大幅改善电渣锭成分偏析；。
(4)通过多向变形、充分破碎和压实铸态组织，配合高温扩散，更有效改善带状和各向异性；。
(5)通过锻后直接入水冷却，通过热模拟软件deform-ht对不同规格尺寸坯料制定相应冷却工艺，保证坯料芯部温度≤500℃，充分抑制了网状碳化物的析出和奥氏体晶粒长大。
(6)通过直接入水冷却，通过热模拟软件deform-ht对不同规格尺寸坯料制定相应冷却工艺，保证坯料芯部温度300-500℃；。
(7)本发明提出一种具有高韧性、高等向性的高级热作模具钢hs350，其中hs350为该热作模具钢的牌号名称，该产品退火态显微组织结构均匀，有较好的球化组织及细小均匀的晶粒分布，淬回火组织均匀，mo、cr碳化物的细小析出相在使用过程中起着弥散强化作用，提高了材料的性能，使材料具有高韧性、高等向性。
该产品可广泛用于制造热挤压模具，芯棒、模锻锤的锤模，锻造压力机模具，精锻机用模具，尤其可作为以铝、铜及其合金的高端压铸模。
图1为实施例1所得的模具钢的微观组织形貌；。
图2为实施例2所得的模具钢的微观组织形貌；。
图3为实施例3所得的模具钢的微观组织形貌；。
图4为实施例4所得的模具钢的微观组织形貌；。
图5为实施例5所得的模具钢的微观组织形貌。
以下结合附图和具体实施例，对本发明做进一步说明。
一种热作模具钢，按照质量分数，其基本由如表1中的元素组成：。
一种高韧性、高热稳定性热作模具钢的制备方法，其制备方法如下：。
按照表1中的热作模具钢的组分含量进行生铁和合金料的配料，在电炉中熔化冶炼，钢水温度1670℃氧化扒渣，扒渣后加入硅铁合金、石灰、萤石，出钢钢水温度1640℃，出钢过程中加铝丝1kg/t进行脱氧，发明人需要解释的是，当电炉内显示钢水温度1670℃时，渣料开始析出，此时需要进行氧化扒料；另外，加入过量的铝丝会混入钢水中形成杂质，而加入不足量的铝丝会导致钢水脱氧不充分，经过多次试验得出每吨钢水中加入1kg的铝丝脱氧效果最佳；。
钢包精炼炉座包加热，并加渣料cao、caf2、c-si粉还原调整好渣系；当钢水温度1590℃，渣变白，取样分析，调整成份；当钢水温度1680℃，白渣时间35分钟，加入火砖块3kg/吨调整好炉渣流动性，喂al线，按目标控制铝含量；。
真空精炼炉逐级进泵，真空度达67pa，保真空时间24分钟，确保残余气体h≤1.5ppm，真空脱气结束后，取样分析，成分合格后软吹入氩气至吊包，软吹氩气的时间为18min，吊包钢水温度为1560℃；氩气采用软吹的方式可以保证氩枪喷头距离液面较远，氩气流对钢水液面的冲击力较小，氩气射流穿入熔池较浅，接触面积较大。
预热锭模为55℃，然后对锭模充入氩气，每个锭模充氩气时间为35min，然后撤出氩气管，用盖子将锭模盖好后进行浇铸，浇铸全过程采用加挂石棉布的氩气保护浇铸件进行保护，氩气保护流量为16m3/h，浇铸时间为5min，电极坯直径为560mm，3.5h后脱模；。
将步骤s4中脱模后的电极坯进行退火，退火温度760℃，保温时间1.5min/mm，炉冷至340℃出炉；。
采用步骤s5得到的电极坯，表面抛光，采用氟化钙和氧化铝二元渣系进行冶炼，电渣冶炼稳态阶段的起点熔速值为9.5kg/min，终点熔速值为8kg/min，得到电渣锭，然后停电炉冷100min后送锻造工序；。
将步骤s6中得到的电渣锭加热至1260℃，保温28h进行扩散均质化，然后经墩粗拔长锻造开坯，进行x、y和z三个方向多向拔长至成品尺寸，然后一次水冷36min，空冷5min，表面返温280℃；。
将步骤s7得到的工件置入加热炉中随炉升温至1050℃，保温后，采用直接水冷方式进行冷却；。
将步骤s8得到的工件置入退火炉中，加热至860℃，保温30h，进行球化退火。
步骤s8中，保温时间按照1.5min/mm计算；。
步骤s8中，采用直接水冷方式进行冷却的具体步骤为，出炉空冷至表面880℃时，快速放入30℃的水中进行冷却，75min后，出水空冷20min，出水表面温度140℃，工件表面最高返温温度为240℃，入炉进行球化退火。
一种热作模具钢，按照质量分数，其基本由如表2中的元素组成：。
按照表1中的热作模具钢的组分含量进行生铁和合金料的配料，在电炉中熔化冶炼，钢水温度1670℃氧化扒渣，扒渣后加入硅铁合金、石灰、萤石，出钢钢水温度1640℃，出钢过程中加铝1kg/t进行脱氧；。
钢包精炼炉座包加热，并加渣料cao、caf2、c-si粉还原调整好渣系；当钢水温度1590℃，渣变白，取样分析，调整成份；当钢水温度1680℃，白渣时间35分钟，加入火砖块3kg/吨调整好炉渣流动性，喂al线，按目标控制铝含量；。
真空精炼炉逐级进泵，真空度达67pa，保真空时间24分钟，确保残余气体h≤1.5ppm，真空脱气结束后，取样分析，成分合格后软吹入氩气至吊包，软吹氩气的时间为18min，吊包钢水温度为1560℃；。
预热锭模为55℃，然后对锭模充入氩气，每个锭模充氩气时间为35min，然后撤出氩气管，用盖子将锭模盖好后进行浇铸，浇铸全过程采用加挂石棉布的氩气保护浇铸件进行保护，氩气保护流量为16m3/h，浇铸时间为5min，电极坯直径为560mm，3.5h后脱模；。
将步骤s4中脱模后的电极坯进行退火，退火温度760℃，保温时间1.5min/mm，炉冷至340℃出炉；。
采用步骤s5得到的电极坯，表面抛光，采用氟化钙和氧化铝二元渣系进行冶炼，电渣冶炼稳态阶段的起点熔速值为9.6kg/min，终点熔速值为7.8kg/min，得到电渣锭，然后停电炉冷100min后送锻造工序；。
将步骤s6中得到的电渣锭加热至1260℃，保温28h进行扩散均质化，然后经墩粗拔长锻造开坯，进行x、y和z三个方向多向拔长至成品尺寸，然后一次水冷40min，空冷5min，表面返温260℃；。
将步骤s7得到的工件置入加热炉中随炉升温至1050℃，保温后，采用直接水冷方式进行冷却；。
将步骤s8得到的工件置入退火炉中，加热至860℃，保温30h，进行球化退火。
步骤s8中，保温时间按照1.5min/mm计算；。
步骤s8中，采用直接水冷方式进行冷却的具体步骤为，出炉空冷至表面880℃时，快速放入30℃的水中进行冷却，78min后，出水空冷20min，出水表面温度135℃，工件表面最高返温温度为230℃，入炉进行球化退火。
一种热作模具钢，按照质量分数，其基本由如表3中的元素组成：。
按照表1中的热作模具钢的组分含量进行生铁和合金料的配料，在电炉中熔化冶炼，钢水温度1670℃氧化扒渣，扒渣后加入硅铁合金、石灰、萤石，出钢钢水温度1640℃，出钢过程中加铝1kg/t进行脱氧；。
钢包精炼炉座包加热，并加渣料cao、caf2、c-si粉还原调整好渣系；当钢水温度1590℃，渣变白，取样分析，调整成份；当钢水温度1680℃，白渣时间35分钟，加入火砖块3kg/吨调整好炉渣流动性，喂al线，按目标控制铝含量；。
真空精炼炉逐级进泵，真空度达67pa，保真空时间24分钟，确保残余气体h≤1.5ppm，真空脱气结束后，取样分析，成分合格后软吹入氩气至吊包，软吹氩气的时间为18min，吊包钢水温度为1560℃；。
预热锭模为55℃，然后对锭模充入氩气，每个锭模充氩气时间为35min，然后撤出氩气管，用盖子将锭模盖好后进行浇铸，浇铸全过程采用加挂石棉布的氩气保护浇铸件进行保护，氩气保护流量为16m3/h，浇铸时间为5min，电极坯直径为560mm，3.5h后脱模；。
将步骤s4中脱模后的电极坯进行退火，退火温度760℃，保温时间1.5min/mm，炉冷至340℃出炉；。
采用步骤s5得到的电极坯，表面抛光，采用氟化钙和氧化铝二元渣系进行冶炼，电渣冶炼稳态阶段的起点熔速值为9.1kg/min，终点熔速值为8.3kg/min，得到电渣锭，然后停电炉冷100min后送锻造工序；。
将步骤s6中得到的电渣锭加热至1260℃，保温28h进行扩散均质化，然后经墩粗拔长锻造开坯，进行x、y和z三个方向多向拔长至成品尺寸，然后一次水冷37min，空冷5min，表面返温270℃；。
那么以上的内容就是关于热作模具钢5CrNiMo焊接性及补焊接头性能研究的介绍了，热作模具钢的种类、特点和应用是小编整理汇总而成，希望能给大家带来帮助。
发表评论