《模具材料及其失效分析》
结课大作业。
系别： 材料科学与工程系。
班级： 11材料1
姓名： 曹杰。
学号： 1132012118
任课教师： 施钢。
2023年4月21日。
目录。一、012al(5cr4mo3simnval)钢简介3
二、012al(5cr4mo3simnval)钢化学成分及物理性能3
1）化学成分3
2）物理性能3
三、012al(5cr4mo3simnval)钢热处理规范4
四、012al(5cr4mo3simnval)钢热加工工艺及工艺性能5
1）锻造工艺规范5
2）退火工艺规范6
3）淬火工艺规范6
4）回火工艺规范6
5）推荐淬火、回火工艺规范7
6）切削性能8
五、012al(5cr4mo3simnval)钢力学性能9
1）室温力学性能9
2）高温力学性能10
六、012al(5cr4mo3simnval)钢的特殊性能11
1）抗氧化性能11
2）热稳定性能12
3）热疲劳性能12
4）热磨损性能13
七、012al(5cr4mo3simnval)钢材料应用举例13
八、012al(5cr4mo3simnval)钢模具失效分析（两篇14
al 钢模具失效分析14
al钢齿轮精锻模失效分析18
九、课程学习体会23
十、参考文献24
一、012al(5cr4mo3simnval)钢简介[1]
5cr4mo3simnval钢系属基体钢，是一种空冷硬化型的热作和冷作模具兼容的钢种，已列入gbl299标准。该钢是在4cr3mo3v钢的基础上重新调整合金元素，添加si、mn、al等元素进一步合金化，具有较好的综合性能和热稳定性。当硬度为42～52hrc时可用作中小机锻模、热挤压模和切边模等热作模具；当硬度为60～62hrc时也可用作冷镦、冷冲和切边模等冷作模具。
作为冷作模具钢它和cr12钢相比有较高的韧性；作为热作模具钢它和3cr2w8v钢相比有较高的高温强度和较优良的热疲劳性能。
二、012al(5cr4mo3simnval)钢化学成分及物理性能[1]
1）化学成分。
012al钢化学成分（质量分数）（%
注：摘自gb/t 1299—2000。
012al钢中降低了碳含量，提高了合金元素含量，从而提高了热疲劳性。加入si强化了基体，弥补了因降低碳含量而造成的强度不足。加al细化了晶粒，提高了韧性。
与3cr2w8v钢试样相比，不含钨但其他合金元素均有较大的提高。5cr4mo3simnval钢600～1000℃的抗氧化性、800℃和910℃的热磨损性能、保持35hrc的热稳定性以及750℃的高温硬度均优于3cr2w8v钢。同样，其室温拉伸强度、600～1000℃的抗氧化性和620～700℃的热稳定性均优于4cr3mo3v钢。
另外该钢的淬透性优于3cr2w8v钢，空冷淬火时500mm圆棒能淬透，而且淬火变形小。
2）物理性能。
临界点温度（近似值）ac1≈837℃，ac3≈902℃，ms≈277℃。
弹性模量e(n／mm2) 在20℃时e=21000～21500(n／mm2)。
线（膨）胀系数α（mm/(mm·℃)
三、 012al(5cr4mo3simnval)钢热处理规范[2]
1）热加工规范：随炉升到温度900℃，保温时间0.5h，加热温度1100～1140℃，始锻温度1050～1080℃，终锻温度≥850℃，锻后缓冷（砂冷或炉冷），并要及时进行退火。
2）球化退火规范：加热温度860～870℃，保温时间4h，降温到温度720～740℃，保温时间6h，炉冷到≤500℃，出炉空冷。
3）退火规范：加热温度860℃～870℃，保温时间4h，炉冷到温度710～720℃，保温时间6h，再缓冷至温度≤600℃，出炉空冷，硬度200～230hb。
4）淬火、回火规范：淬火温度1090～1110℃，油冷淬火，回火温度510～530℃，硬度60～62hrc。
四、012al(5cr4mo3simnval)钢热加工工艺及工艺性能[1]
1）锻造工艺规范。
012al钢合金元素含量较高、导热性差、变形抗力大，热加工较困难，钢锭钢坯应该实行小变形多次锻造。钢锭上锤后，开始要轻锤快锻，待铸造组织改善后再重锤锻打，但不可连续重锤快打，以免钢锭心部温度上升过高出现内裂。012al钢在900～1150℃范围内有较好的塑性。
下表为锻压工艺规范。
该钢锻造加热人炉温度应<750℃。在800～1000℃时5cr4mo3simnval钢的变形抗力低于3cr2w8v钢，但1000～1200℃的变形抗力稍高，所以与3cr2w8v钢相比，其锻造温度可适当偏低。另外，因5cr4mo3simnval钢的高温冲击韧性低于3cr2w8v钢，所以应适当提高终锻温度。
锻造性能(高温形变抗力)
在800～1000℃温度下，5cr4mo3simnval钢的变形抗力小于3cr2w8v钢。其中800～1000℃的σb值比3cr2w8v钢低9.29～38.
48mpa，而δs值却大于3cr2w8v钢12．1％～20.9％。再升锻造温度其变形抗力逐渐大于3cr2w8v钢，如在1100～1200℃时σb值大于3cr2w8v钢0.
4～1.21mpa，δs值从1100℃大干0.1％到1200℃时小于15.
2％之间变化。
2）退火工艺规范。
5cr4mo3simnval钢与3cr2w8v钢、4cr3mo3v钢相比，退火加热温度约高20℃，等温温度几乎相同，退火后硬度约高18hb。
3）淬火工艺规范。
5cr4mo3simnval钢比3cr2w8v钢淬火温度降低了l0℃，但淬火后硬度却约高6hrc。该钢与4cr3mo3v钢热处理工艺相同，但淬火温度提高了100℃，淬后硬度也约高8hrc。
淬火温度对硬度、晶粒度、剩余碳化物和残余奥氏体的影响。
4）回火工艺规范。
固5cr4mo3simnvai钢要求高硬度试样，在第一次回火温度偏高，造成最终硬度比3cr2w8v钢约低3．5hrc，从而使高硬度试样性能偏低。
al钢回火后的硬度。
从上表中可以看出，012al钢回火时有二次硬化现象。在500～520℃回火时出现峰值，显微组织为回火马氏体加弥散分布的点状碳化物。在580～620℃回火慢冷时，会出现第二类回火脆性。
因此在该温度范围内回火时必须快速冷却。
2、回火温度与硬度的关系。
同样经600℃回火，5cr4mo3simnval钢的硬度比3cr2w8v钢高4hrc。特别是700℃回火的硬度要比3cr2w8v钢680℃回火的硬度高6hrc；也比700℃回火的4cr3mo3v钢硬度约高7hrc。
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