熱作模具鋼5CrNiMo焊接性及補焊接頭性能研究(熱作模具鋼的種類、特點和應用)
admin很多人不知道熱作模具鋼5CrNiMo焊接性及補焊接頭性能研究的知識，小編對熱作模具鋼的種類、特點和應用進行分享，希望能對你有所幫助！
本文導讀目錄：
熱作模具鋼5CrNiMo焊接性及補焊接頭性能研究
表15CrNiMo的化學成分（質量分數）（%）。
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材質屈服強度/MPa抗拉強度/MPa斷面收縮率（%）沖擊值20℃/J。
表3CHR397的化學成分（質量分數）（%）。
CCrMoMnSiSP標準值≤0.60≤2.00≤1.00≤2.50≤1.00≤0.035≤0.04一例0.461.200.641.000.620.0060.019。
屈服強度/MPa抗拉強度/MPa硬度HBC≥600≥700≥40。
利用JmatPro計算合金材料中的相平衡，并以相組成為基礎進行材料的焊接熱循環、CCT圖、性能的預測。
（1）補焊工藝準備①缺陷的檢測：采用PT和UT對鍛模夾持器的裂紋進行評判和記錄，以確保對裂紋的補焊完全、可靠。
②去除裂紋及制備坡口：由于裂紋較大，所以采用機械加工對裂紋進行清除，坡口深度以裂紋深度為準，在滿足使用要求的前提下，坡口盡量開小一些，深度比檢測記錄的尺寸基礎上在加大了3～5mm，加工后的坡口底部不允許存在尖角和直角，坡口兩側進行圓滑過渡處理，防止焊后缺陷的產生。
③清理：將坡口周圍30～50mm以內的油污、氧化渣及可能會影響的焊縫質量的其他雜質清理干凈。
由于鍛模夾持器比較大，裂紋尺寸比較長且深（見圖2），所以補焊的工作量大，補焊時間較長，極容易造成鍛模夾持器在補焊過程中快速降溫，增大淬硬傾向。
考慮到以上因素，通過多次工藝評定，確定補焊預熱溫度為450℃，由于焊接量較大，為保證預熱后鍛模的溫度均勻性，故需對其進行整體入爐處理，并保溫8h；焊條按廠家要求須經250℃左右烘焙1h，焊接時焊條放置入焊條保溫桶里隨取隨用。
（2）補焊工藝及操作要點首先，補焊工藝：使用YC400TX“IGBT控制直流TIG弧焊電源”的焊機，打底焊采用φ3.2mm的焊條，填充層和蓋面層采用φ4.0mm的焊條進行焊接，在保證熔合好的前提下，采用小規范的焊接工藝要求，直流反接，具體參數如表5所示。
鍛模夾持器在補焊工作前，采用保溫棉將整個鍛模包覆并捆綁緊如圖3所示。
在補焊區域的正前方增加一個補熱器，避免鍛模降溫過快，造成整體溫度不均勻。
鍛模夾持器整體性雖然采用熱焊法進行補焊，但在補焊進程中仍然會出現很多問題，焊接溫度與鍛模夾持器溫度差值較大，容易出現較大的內應力，組織也不夠穩定，極容易出現晶粒粗大、合金元素燒損等不良現象。
因此，為了獲得化學成分、組織性能均勻的焊縫，同時需要滿足母材的力學性能要求，焊接后必須經過（535±10）℃/6h的整體回火熱處理，具體工藝如圖4所示。
焊條直徑/mm焊接電流/A電弧電壓/V電源極性3.2100～12024～26直流反接4.0140～19024～26直流反接。
其次，補焊操作要點：焊接時采用多層、多道焊，盡量選擇平焊位置進行焊接操作，嚴格控制焊接區域的溫度，防止晶粒粗大、合金元素的燒損等。
焊條在運動過程中盡量不要擺動，每層≤4mm；每道焊縫都必須充分錘擊，以減少焊縫的內應力，尤其是打底焊的焊縫盡量要求每焊接80～150mm，趁焊道還沒有完全冷卻下來時就進行錘擊。
焊條擺動時，盡量做到中間快兩邊停留時間稍微長一些，這樣能保證焊縫的平整，減少焊縫的厚薄均勻性。
為了避免焊道的夾渣和未熔合，每層焊縫都需要及時清理，并對焊縫進行仔細的檢查，特別是每道焊縫的收弧處和焊縫表面。
用測溫儀時刻監控鍛模夾持器的溫度，鍛模夾持器的溫度不能低于工藝要求：溫度低于工藝規定要求就需要加大補熱強度；高于工藝規定要求便及時停止焊接，待溫度符合工藝規定范圍時再進行正常的焊接。
焊縫與焊縫的搭接不得小于焊縫寬度的1/3，每層的接頭、凹坑及轉彎處盡量避免出現在同一位置，以避免應力集中。
焊后及時檢查補焊區域的焊縫，查看補焊區域的焊縫是否存在缺肉、焊縫尺寸不夠等情況；如果出現裂紋、夾渣、氣孔等缺陷，應及時處理。
熱作模具鋼的種類、特點和應用
3Cr3Mo3W2V（HM1）鋼具有優良的強韌性，較高熱強性、耐磨性、回火穩定性，抗冷熱疲勞性能、冷熱加工性能好，工作溫度700℃以上。
該鋼通用性強，適合于制作在高溫、高速、高負荷、急冷急熱條件下工作的模具，其性能優于4Cr5W2VSi和3Cr2W8V鋼，模具壽命比3Cr2W8V鋼提高標準23倍。
5Cr4W5MoV（RM2）鋼工作溫度達700℃，具有較高的回火抗力和熱穩定性，高的熱強性，高的高溫硬度和耐磨性，但其韌性和抗熱疲勞性能低于H13鋼。
適合于制作有高的高溫強度和抗磨損性能的熱作模具，可代替3Cr2W8V鋼，模具壽命可提高2-4倍。
5Cr4Mo3SiMnVAl（012AI）鋼工作溫度達700℃以上，具有較高的熱強性，高溫硬度，抗回火穩定性、耐磨性和抗熱疲勞性、韌性和熱加工塑性好，氮化性能好。
可替代3Cr2W8V鋼模具壽命可提高3-5倍。
4Cr40Mo2WSiV（YB/T210-1976）鋼具有較高的熱穩定性、韌性、耐磨性和抗龜裂性，其穩定性優于4Cr5W2VSi和4Cr5MoSiV1鋼，與3Cr2W8V鋼相近。
3Cr2W8MoV（JB/T6399-1992）鋼是3Cr2W8V鋼的改進型。
3Cr3Mo3VNb（HB5137-1980）鋼一種超高強韌性熱作模具鋼，在高于600℃時，比4Cr5MoSiV1、4Cr5W2VSi、3Cr2W8V鋼具有更高的高溫強韌性、熱穩定性、熱強性、耐磨性和抗熱疲勞性能，冷熱加工性能好。
3Cr3Mo3V鋼熱穩定性、硬度、耐熱疲勞性能及韌性等適中。
4Cr3Mo2V鋼最高溫度達700℃，適合于熱擠壓模。
4Cr3MoSiV鋼工作溫度達700℃，代號CH75。
一種高韌性、高熱穩定性熱作模具鋼及其制備方法與流程
優選地，在步驟s2中，當鋼水溫度≥1650℃，白渣時間≥30分鐘，加入火磚塊2～3kg/噸調整好爐渣流動性，喂al線，按目標控制鋁含量。
優選地，在步驟s3中，吹入氬氣的方式為軟吹。
優選地，步驟s8中，保溫時間按照1.3～1.5min/mm計算。
優選地，步驟s8中，采用直接水冷方式進行冷卻的具體步驟為，出爐空冷至表面860～900℃時，快速放入25～30℃的水中進行冷卻，水冷至中心溫度860～890℃后，空冷15～20min，出水表面溫度≤150℃，使得工件表面最高返溫溫度為200-250℃后入爐進行球化退火。
本發明的另一個目的在于提供一種采用上述制備方法制備的高韌性、高熱穩定性熱作模具鋼。
優選地，所述熱作模具鋼的組分含量為，按質量百分比，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％，其余為fe。
優選地，所述熱作模具鋼在室溫的熱傳率為28.2～28.5w/m·k；所述熱作模具鋼在100℃的熱膨脹系數為10.8～10.9×10-6/℃，所述熱作模具鋼在100℃的熱傳率為28.4～28.7w/m·k；所述熱作模具鋼在200℃的熱膨脹系數為11.2～11.4×10-6/℃，所述熱作模具鋼在100℃的熱傳率為28.8～29.1w/m·k；所述熱作模具鋼在300℃的熱膨脹系數為11.8～12.0×10-6/℃，所述熱作模具鋼在300℃的熱傳率為27.8～28.1w/m·k；所述熱作模具鋼在400℃的熱膨脹系數為12.0～12.3×10-6/℃，所述熱作模具鋼在400℃的熱傳率為27.2～27.5w/m·k；所述熱作模具鋼在500℃的熱膨脹系數為12.3～12.6×10-6/℃，所述熱作模具鋼在500℃的熱傳率為26.6～26.8w/m·k；所述熱作模具鋼在600℃的熱膨脹系數為12.6～12.8×10-6/℃，所述熱作模具鋼在600℃的熱傳率為26.2～26.5w/m·k。
本發明的一種高韌性、高熱穩定性熱作模具鋼的制備方法，跟現有技術相比具有以下優點：。
(1)通過對制備工藝的改進結合組分含量的改變，使得鋼的純凈度提升。
其中p≤0.010％，s≤0.002％，殘余氣體含量n≤90ppm，h≤1.5ppm，o≤13ppm，同時通過對冶煉原料的精選、煉鋼工藝的優化、澆注工藝關鍵控制點的管控，如如澆鋼溫度、澆注速度，實現對電極坯成份偏析、夾雜物含量的精準控制；。
(2)通過保護氣氛冶煉、合適的恒熔速控制、合理的預熔渣選擇、電極坯冶煉順序保證了電渣錠的純凈度，近一步改善結晶組織、成分偏析，尤其是液析碳化物的控制、致密度。
(3)通過超高溫長時間的高溫擴散，有效溶解和擴散碳化物，大幅改善電渣錠成分偏析；。
(4)通過多向變形、充分破碎和壓實鑄態組織，配合高溫擴散，更有效改善帶狀和各向異性；。
(5)通過鍛后直接入水冷卻，通過熱模擬軟件deform-ht對不同規格尺寸坯料制定相應冷卻工藝，保證坯料芯部溫度≤500℃，充分抑制了網狀碳化物的析出和奧氏體晶粒長大。
(6)通過直接入水冷卻，通過熱模擬軟件deform-ht對不同規格尺寸坯料制定相應冷卻工藝，保證坯料芯部溫度300-500℃；。
(7)本發明提出一種具有高韌性、高等向性的高級熱作模具鋼hs350，其中hs350為該熱作模具鋼的牌號名稱，該產品退火態顯微組織結構均勻，有較好的球化組織及細小均勻的晶粒分布，淬回火組織均勻，mo、cr碳化物的細小析出相在使用過程中起著彌散強化作用，提高了材料的性能，使材料具有高韌性、高等向性。
該產品可廣泛用于制造熱擠壓模具，芯棒、模鍛錘的錘模，鍛造壓力機模具，精鍛機用模具，尤其可作為以鋁、銅及其合金的高端壓鑄模。
圖1為實施例1所得的模具鋼的微觀組織形貌；。
圖2為實施例2所得的模具鋼的微觀組織形貌；。
圖3為實施例3所得的模具鋼的微觀組織形貌；。
圖4為實施例4所得的模具鋼的微觀組織形貌；。
圖5為實施例5所得的模具鋼的微觀組織形貌。
以下結合附圖和具體實施例，對本發明做進一步說明。
一種熱作模具鋼，按照質量分數，其基本由如表1中的元素組成：。
一種高韌性、高熱穩定性熱作模具鋼的制備方法，其制備方法如下：。
按照表1中的熱作模具鋼的組分含量進行生鐵和合金料的配料，在電爐中熔化冶煉，鋼水溫度1670℃氧化扒渣，扒渣后加入硅鐵合金、石灰、螢石，出鋼鋼水溫度1640℃，出鋼過程中加鋁絲1kg/t進行脫氧，發明人需要解釋的是，當電爐內顯示鋼水溫度1670℃時，渣料開始析出，此時需要進行氧化扒料；另外，加入過量的鋁絲會混入鋼水中形成雜質，而加入不足量的鋁絲會導致鋼水脫氧不充分，經過多次試驗得出每噸鋼水中加入1kg的鋁絲脫氧效果最佳；。
鋼包精煉爐座包加熱，并加渣料cao、caf2、c-si粉還原調整好渣系；當鋼水溫度1590℃，渣變白，取樣分析，調整成份；當鋼水溫度1680℃，白渣時間35分鐘，加入火磚塊3kg/噸調整好爐渣流動性，喂al線，按目標控制鋁含量；。
真空精煉爐逐級進泵，真空度達67pa，保真空時間24分鐘，確保殘余氣體h≤1.5ppm，真空脫氣結束后，取樣分析，成分合格后軟吹入氬氣至吊包，軟吹氬氣的時間為18min，吊包鋼水溫度為1560℃；氬氣采用軟吹的方式可以保證氬槍噴頭距離液面較遠，氬氣流對鋼水液面的沖擊力較小，氬氣射流穿入熔池較淺，接觸面積較大。
預熱錠模為55℃，然后對錠模充入氬氣，每個錠模充氬氣時間為35min，然后撤出氬氣管，用蓋子將錠模蓋好后進行澆鑄，澆鑄全過程采用加掛石棉布的氬氣保護澆鑄件進行保護，氬氣保護流量為16m3/h，澆鑄時間為5min，電極坯直徑為560mm，3.5h后脫模；。
將步驟s4中脫模后的電極坯進行退火，退火溫度760℃，保溫時間1.5min/mm，爐冷至340℃出爐；。
采用步驟s5得到的電極坯，表面拋光，采用氟化鈣和氧化鋁二元渣系進行冶煉，電渣冶煉穩態階段的起點熔速值為9.5kg/min，終點熔速值為8kg/min，得到電渣錠，然后停電爐冷100min后送鍛造工序；。
將步驟s6中得到的電渣錠加熱至1260℃，保溫28h進行擴散均質化，然后經墩粗拔長鍛造開坯，進行x、y和z三個方向多向拔長至成品尺寸，然后一次水冷36min，空冷5min，表面返溫280℃；。
將步驟s7得到的工件置入加熱爐中隨爐升溫至1050℃，保溫后，采用直接水冷方式進行冷卻；。
將步驟s8得到的工件置入退火爐中，加熱至860℃，保溫30h，進行球化退火。
步驟s8中，保溫時間按照1.5min/mm計算；。
步驟s8中，采用直接水冷方式進行冷卻的具體步驟為，出爐空冷至表面880℃時，快速放入30℃的水中進行冷卻，75min后，出水空冷20min，出水表面溫度140℃，工件表面最高返溫溫度為240℃，入爐進行球化退火。
一種熱作模具鋼，按照質量分數，其基本由如表2中的元素組成：。
按照表1中的熱作模具鋼的組分含量進行生鐵和合金料的配料，在電爐中熔化冶煉，鋼水溫度1670℃氧化扒渣，扒渣后加入硅鐵合金、石灰、螢石，出鋼鋼水溫度1640℃，出鋼過程中加鋁1kg/t進行脫氧；。
鋼包精煉爐座包加熱，并加渣料cao、caf2、c-si粉還原調整好渣系；當鋼水溫度1590℃，渣變白，取樣分析，調整成份；當鋼水溫度1680℃，白渣時間35分鐘，加入火磚塊3kg/噸調整好爐渣流動性，喂al線，按目標控制鋁含量；。
真空精煉爐逐級進泵，真空度達67pa，保真空時間24分鐘，確保殘余氣體h≤1.5ppm，真空脫氣結束后，取樣分析，成分合格后軟吹入氬氣至吊包，軟吹氬氣的時間為18min，吊包鋼水溫度為1560℃；。
預熱錠模為55℃，然后對錠模充入氬氣，每個錠模充氬氣時間為35min，然后撤出氬氣管，用蓋子將錠模蓋好后進行澆鑄，澆鑄全過程采用加掛石棉布的氬氣保護澆鑄件進行保護，氬氣保護流量為16m3/h，澆鑄時間為5min，電極坯直徑為560mm，3.5h后脫模；。
將步驟s4中脫模后的電極坯進行退火，退火溫度760℃，保溫時間1.5min/mm，爐冷至340℃出爐；。
采用步驟s5得到的電極坯，表面拋光，采用氟化鈣和氧化鋁二元渣系進行冶煉，電渣冶煉穩態階段的起點熔速值為9.6kg/min，終點熔速值為7.8kg/min，得到電渣錠，然后停電爐冷100min后送鍛造工序；。
將步驟s6中得到的電渣錠加熱至1260℃，保溫28h進行擴散均質化，然后經墩粗拔長鍛造開坯，進行x、y和z三個方向多向拔長至成品尺寸，然后一次水冷40min，空冷5min，表面返溫260℃；。
將步驟s7得到的工件置入加熱爐中隨爐升溫至1050℃，保溫后，采用直接水冷方式進行冷卻；。
將步驟s8得到的工件置入退火爐中，加熱至860℃，保溫30h，進行球化退火。
步驟s8中，保溫時間按照1.5min/mm計算；。
步驟s8中，采用直接水冷方式進行冷卻的具體步驟為，出爐空冷至表面880℃時，快速放入30℃的水中進行冷卻，78min后，出水空冷20min，出水表面溫度135℃，工件表面最高返溫溫度為230℃，入爐進行球化退火。
一種熱作模具鋼，按照質量分數，其基本由如表3中的元素組成：。
按照表1中的熱作模具鋼的組分含量進行生鐵和合金料的配料，在電爐中熔化冶煉，鋼水溫度1670℃氧化扒渣，扒渣后加入硅鐵合金、石灰、螢石，出鋼鋼水溫度1640℃，出鋼過程中加鋁1kg/t進行脫氧；。
鋼包精煉爐座包加熱，并加渣料cao、caf2、c-si粉還原調整好渣系；當鋼水溫度1590℃，渣變白，取樣分析，調整成份；當鋼水溫度1680℃，白渣時間35分鐘，加入火磚塊3kg/噸調整好爐渣流動性，喂al線，按目標控制鋁含量；。
真空精煉爐逐級進泵，真空度達67pa，保真空時間24分鐘，確保殘余氣體h≤1.5ppm，真空脫氣結束后，取樣分析，成分合格后軟吹入氬氣至吊包，軟吹氬氣的時間為18min，吊包鋼水溫度為1560℃；。
預熱錠模為55℃，然后對錠模充入氬氣，每個錠模充氬氣時間為35min，然后撤出氬氣管，用蓋子將錠模蓋好后進行澆鑄，澆鑄全過程采用加掛石棉布的氬氣保護澆鑄件進行保護，氬氣保護流量為16m3/h，澆鑄時間為5min，電極坯直徑為560mm，3.5h后脫模；。
將步驟s4中脫模后的電極坯進行退火，退火溫度760℃，保溫時間1.5min/mm，爐冷至340℃出爐；。
采用步驟s5得到的電極坯，表面拋光，采用氟化鈣和氧化鋁二元渣系進行冶煉，電渣冶煉穩態階段的起點熔速值為9.1kg/min，終點熔速值為8.3kg/min，得到電渣錠，然后停電爐冷100min后送鍛造工序；。
將步驟s6中得到的電渣錠加熱至1260℃，保溫28h進行擴散均質化，然后經墩粗拔長鍛造開坯，進行x、y和z三個方向多向拔長至成品尺寸，然后一次水冷37min，空冷5min，表面返溫270℃；。
那么以上的內容就是關于熱作模具鋼5CrNiMo焊接性及補焊接頭性能研究的介紹了，熱作模具鋼的種類、特點和應用是小編整理匯總而成，希望能給大家帶來幫助。
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