5Cr4W5Mo2V热作模具钢的等温淬火工艺和韧性

　5Cr4W5Mo2V钢（RM2）是我国自行研制的新型高热强性热作模具钢，为我国合金模具钢推荐钢号之一。该钢经常规热处理后具有高的硬度、耐磨性、耐回火性和热稳定性，是一种性能优异的热作模具钢，在高硬度状态下，抗压强度最高可达2300MPa，但冲击韧性相对较低，仅为14～19J/cm2（试验温度20℃），模具在使用过程中容易开裂。近年来，通过贝氏体等温淬火提高合金钢强韧性的方式得到广泛应用，其中GCr18Mo、3Cr2MoCoWV、G55SiMoV等钢种经不同等温淬火处理后可提高冲击韧性达30%～60%。为进一步提高RM2钢的使用性能，利用下贝氏体组织兼具强韧性的特点，研究了5Cr4W5Mo2V钢等温淬火增韧工艺对其硬度和韧性的影响，讨论了适用于5Cr4W5Mo2V钢的最佳等温淬火时间参数。

　　试验材料5Cr4W5Mo2V钢为锻件退火态，退火工艺为：退火温度900℃，保温2h，降温到（730±10）℃，保温4h，炉冷到≤500℃，出炉冷却。其化学成分如表1所示。

　　表1  5Cr4W5Mo2V钢的化学成分（质量分数，%）　　

　　试验研究不同等温淬火时间对5Cr4W5Mo2V钢力学性能的影响，并结合显微组织断口形貌进行对比分析，热处理工艺采用箱式电阻炉进行奥氏体化，1150℃×20min，自制盐浴炉进行等温盐浴，330℃±3℃×15～180min。

　　截取10mm×10mm×8mm试样作为显微组织分析试样，经抛光腐蚀后在JSM-6510场发射扫描电子显微镜上进行观察，采用Image pro-Plus6.0图像分析系统定量分析复合组织，选取15张照片进行分析，取平均值获得不同等温淬火时间对应的下贝氏体含量。冲击断口形貌在JSM-7001F扫描电子显微镜下观察。试样硬度采用HR-150A型硬度计测量，冲击试验在JBNS-500型冲击试验机上完成。结果表明:

　　（1）随着等温淬火时间的延长，黑色针状下贝氏体含量逐渐增加，硬度逐渐降低，冲击韧性逐渐升高。等温淬火时间30～60min之间，下贝氏体含量从28.8%快速增长到59.9%，冲击韧性随时间的延长大幅度升高，涨幅达到86%；等温淬火60min之后，下贝氏体含量趋于稳定，试样的冲击韧性增加不明显，硬度小幅度降低。

　　（2）不同等温时间淬火后的断口有解理台阶和撕裂痕，并且有少量浅而小的韧窝存在，随着下贝氏体含量增加，解理面愈细小，进一步缓和裂纹尖端之间应力集中，试样的冲击韧性明显上升。

　　（3）5Cr4W5Mo2V钢试样经1150℃奥氏体化，330℃等温淬火60min以上，可以获得更好的综合力学性能。