研究3664Cr5MoV1Si钢的性能特点

（1）材料的特性

4Cr5MoV1Si钢具有优异的韧性和良好的冷热疲劳性能，适用于制作工作温度≤600℃，对韧性和塑性要求较高的模具。固溶处理+淬火+高温回火预处理工艺，作为预处理工艺，对消除化学成分偏析，改善组织均匀性有良好的效果。

（2）化学成分

该钢典型化学成分（质量分数）举例：C0.35%、Si1.00%、Mn0.30%、Cr5.00%、Mo1.50%、V0.90%。

（3）参与对应牌号

中国GB标准牌号4Cr5MoV1Si、美国AISI标准牌号H13、日本JIS标准牌号SKD61、日本日立（HITACHI）标准牌号DAC、日本不二越（NACHI）标准牌号HDS61、瑞典UDDEHOLM标准牌号ORVAR 2M、瑞典一胜百（ASSAB）标准牌号8402/8407、德国DIN标准材料编号1.2344、德国DIN标准牌号X40CrMoV5-1、德威GS标准牌号GS344ESR、奥地利百禄（BOHLER）标准牌号W302。

（4）调质处理规范

淬火温度1000℃，回火温度620～640℃，硬度32～38HRC。

（5）淬火、回火规范

淬火温度1050～1100℃，油冷，回火温度550～600℃，保温2h，回火2～3次。

（6）强韧化处理

550℃×2min/mm预热，800℃×15min/mm第二次预热，1100℃×1min/mm油淬，600℃×2h×2次回火。

淬火后是针状和板条状马氏体的混合组织。

（7）软氮化处理

软氮化温度570～590℃，处理时间4h，氮化层深度0.06～0.10mm。

（8）气体渗氮和气体氮碳共渗规范

技术要求：硬度＞1000HV，渗层深度0.10～0.20mm，渗氮温度530～550℃，气体比例：氨气100%，氨分解率30%～40%，保温时间10～20h，可用于压铸模、热锻模、热挤模、温挤模。

（9）气体氧硫氮共渗工艺

设备：60kW井式渗氮炉。

570℃×3.5h、0.62m³/h NH₃+0.2L/minSO₂，换气次数六次。其工艺如图36所示。

图36 4Cr5MoV1Si钢铝合金挤压模具氧硫氮共渗工艺

SO₂/NH₃流量比为0.8%～1.2%，换气次数控制在5～7次/h为佳。

（10）硫氮碳共渗规范

采用武汉材料保护研究所研制的基盐J-1和再生盐Z-1，实现无污染的S、N、C共渗。

生产中氰酸根的质量分数控制在39%～40%，每工作24h在100kg盐浴加入2～5gK₂S。

共渗工艺：580℃×（3～4）h，白亮层深度12～16μm，扩散层深度0.24～0.28mm，硬度1000～1050HV。

（11）硼氮碳共渗规范

4Cr5MoV1Si钢铝型材挤压模硼氮碳共渗工艺如图37所示。

图37 4Cr5MoV1Si钢铝型材挤压模硼氮碳共渗工艺

（12）碳化物弥散渗碳（CD渗碳）(www.xing528.com)

采用930℃×6h渗碳，渗碳剂为乙酸乙酯或丙酮；1000℃油淬，200℃回火。碳势控制在φ（C）=0.8%～0.9%即可，渗碳层w_C=1.8%。表面硬度62～63HRC，心部硬度53HRC，冲击韧度为49J/cm²。

（13）NbC、Cr₇C₃双覆层处理

将容器中的硼砂在400℃进行脱水处理后，装入坩埚加热至850℃，然后保温至硼砂熔融，将Nb₂O₅粉末与Al粉末按比例混合均匀，然后加入熔融硼砂盐浴中，充分搅拌使Nb₂O₅与Al粉在高温下生成单质Nb原子。按类似方法再配制一炉渗铬盐浴备用。

950℃×5h的Nb覆层处理，空冷至室温，用沸水清洗后装入980℃×1h的渗铬盐浴中，再升温至1050℃后，出炉油淬，并经250℃×2h回火，最后沸水清洗。

（14）真空炉碳氮氧硫硼多元共渗

在ZC2—65型真空热处理炉中进行。

870℃×1.5h预热，升至1040℃×1h，油淬至150℃出油，于590℃×2h回火，油冷至150℃×1h，590℃×2h回火，空冷至室温。

（15）井式炉碳氮氧硫硼多元共渗

在RN₂—40—6型井式离子渗氮炉中进行。共渗剂配方：HCONH₂∶（NH₂）₂ CS∶H₃BO₄∶REC₃=2000g∶300g∶16g∶25g。渗层深度可达0.89mm，模具硬度由共渗前的48～52HRC提高到58～62HRC。

（550±10）℃×4～5h，共渗剂滴量为90滴/min，油冷至150℃后空冷。

（16）硫氮碳共渗+氧化复合处理

S-N-C共渗采用J-1基盐、Z-1再生盐及Y-1氧化盐，在坩埚中融化后，在590～600℃空载运行若干小时，使CNO-含量调整到最佳值，然后进行S-N-C共渗处理：570℃×3.5h（S-N-C共渗），350℃×20min（氧化处理）。为使硫离子稳定，通常按每24h添加2.5kgK₂S/100kg盐浴。

表面由氧化物、硫化物和氮碳化合物组成，第二层主要是氮碳ε-相化合物，内层为扩散层。相结构主要由Fe₃O₄、ε-相、FeS及γ′-相等组成。总层深可达145μm，表面硬度达1400HV0.1，渗层硬度梯度分布缓和，渗层脆性小。

（17）双重淬火处理

1160℃淬火+720℃回火；1050℃淬火+350℃回火。

双重淬火处理比普通淬火的断裂韧度可提高30%～40%。

（18）典型应用举例

1）该钢是铝型材热挤压模平模和组合模首选的模具材料。

2）采用该钢代替5CrNiMo、5CrMnMo等钢制作汽车连杆、曲轴锻模，模具的使用寿命得到了明显提高。

3）用于制作铝合金压铸模具和铝型材挤压模具，模具的使用寿命较高。

4）通过气体渗氮和气体氮碳共渗工艺，可提高压铸模、热锻模、热挤模、温挤模的使用寿命。

5）4Cr5MoV1Si钢剪切热压成形模经600℃×30min预热，850℃×30min第二次预热，1080℃×20min、560℃×10min分级冷却；560℃×2h×2次回火。硬度54HRC。原使用3Cr2W8V钢模具平均使用寿命为6000件，现模具使用寿命达1.8万～2万件。

6）4Cr5MoV1Si钢热挤压模经1080℃真空加热淬火，660℃×2h回火+580℃×2h回火。疲劳强度比常规热处理提高25%，模具使用寿命提高2～3倍。

7）4Cr5MoV1Si钢齿轮精锻模采用氮基气氛保护加热，先后经550℃、850℃二次预热，1040℃加热淬火，600℃×2h×2次回火。模具使用寿命比3Cr2W8V、5CrMnMo钢提高1～2倍。

8）4Cr5MoV1Si钢凸轮轴锻模经850℃×5h预热，1020℃×4h加热，淬油至150～200℃；630～640℃×6h×2次回火空冷。在4000t锻压机上使用，锻打过程中喷洒水基石墨冷却液润滑，一次修模平均使用寿命在10000件以上，最高达13644件，比5CrNiMo钢模具提高50%以上。该工艺也适用于型槽深度较浅而且比较均匀的模具。

9）4Cr5MoV1Si钢铝合金挤压模具经氧硫氮共渗工艺处理后，获得8～12μm化合物层和125～130μm扩散层，其表面硬度在1200HV以上，且硬度梯度平缓，脆性一级，耐磨性好。模具的使用寿命提高2～3倍，较3Cr2W8V钢模具使用寿命提高一倍以上。

10）4Cr5MoV1Si钢铝型材热挤压模硼氮碳共渗工艺，比常规热处理模具使用寿命提高2～5倍。

11）4Cr5MoV1Si钢经CD渗碳后，其性能优于Cr12MoV钢，有优异的高强度、高韧性、高耐磨性和抗咬合性能（模拟磨损失重仅为铍青铜的1/15）。

12）4Cr5MoV1Si钢压铸模经NbC、Cr₇C₃双覆层处理，以及淬火加回火后，具有较高的抗氧化能力，是常规热处理模具的8～9倍，耐磨性是NbC涂层的10多倍，使用寿命提高5～7倍。

13）4Cr5MoV1Si钢挤压模经井式炉碳氮氧硫硼多元共渗处理后，使用寿命由普通碳氮硫共渗模具的20t/套提高到35t/套。