5.3 4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1钢
5.3.1 4Cr5MoSiV钢
1.性能特点
4Cr5MoSiV（H11）钢是一种空冷硬化的热作模具钢。该钢在中温条件下具有很好的韧性，较好的热强度、热疲劳性能和一定的耐磨性，在较低的奥氏体化温度下进行空淬，热处理变形小，空淬时产生氧化皮的倾向小，而且可以抵抗熔融铝的冲蚀作用。
该钢是以Cr、Mo为主的合金模具钢，较能适应喷水强制冷却，用于挤压模，其寿命与所挤压的材料、挤压比密切相关，当加工变形抗力大的金属材料或挤压比高的情况下，凹模与芯棒的寿命大为缩短。
该钢制作的铝合金压铸模的疲劳性能与工件硬度有关，过高的硬度将会导致模具早期的疲劳失效，使模具寿命缩短。
2.化学成分、临界点及对应牌号（见表5-37）
表5-37 4Cr5MoSiV钢的化学成分、临界点及对应牌号
3.热处理工艺（见表5-38）
表5-38 4Cr5MoSiV钢热处理工艺
4.力学性能
4Cr5MoSiV钢不同温度回火后的力学性能见表5-39。4Cr5MoSiV钢高温力学性能见表5-40及图5-28。
表5-39 4Cr5MoSiV钢不同温度回火后的力学性能
注：1000℃油淬。
表5-40 4Cr5MoSiV钢高温力学性能
注：1000℃空淬，580℃回火。
5.淬透性曲线
4Cr5MoSiV钢淬透性曲线见图5-29。
6.应用
1）适于制造螺栓模、热切边模及铝合金压铸模。
2）当进行轻合金挤压时，凹模垫块和心轴材料主要采用4Cr5MoSiV，热处理硬度为45～50HRC。压力筒内衬材料采用4Cr5MoSiV时，硬度应为42～47HRC。
3）制造铜和铜合金热挤压模具凹模和垫块则采用4Cr5MoSiV，芯棒材料仍选用4Cr5MoSiV。当挤压含Ni较高的Cu-Ni合金时，芯棒头及镶块有时采用Ni基高温合金制造，挤压筒内衬也采用Ni基高温合金制造。
4）适用于应力龟裂危险较大的热作模具，寿命为5CrNiMo钢的1.5～3倍。
5）4Cr5MoSiV钢制连杆锻模盐浴淬火。汽车发动机连杆锻模外形尺寸为340mm×180mm×70mm，在25MN机械压力机上锻造，材料为40MnB。锻模热处理工艺为850℃预热，1020℃加热油淬，610℃×2h×2次回火，硬度为39～44HRC。
6）4Cr5MoSiV钢制铝合金压铸模等温淬火。盐浴等温淬火工艺为：620℃、850℃两次预热，1030℃加热，620℃中性盐浴中分级3～4min，立即转入320℃硝盐中等温2～2.5h，在带有风扇且有保护装置的井式炉中回火，605℃×2h×2次。硬度为40～42HRC，模具寿命为7万～10万件。
图5-28 4Cr5MoSiV钢高温力学性能
注：1000℃空淬，580℃回火。
图5-29 4Cr5MoSiV淬透性曲线
5.3.2 4Cr5MoSiV1钢
1.性能特点
4Cr5MoSiV1（H13）钢和4Cr5MoSiV钢一样，也是一种空冷硬化型热作模具钢。这种钢为电渣重熔钢，是当今世界上普遍使用的强韧兼具的钢种。与4Cr5MoSiV钢相比，具有较高的热强度和硬度；在中温条件下具有很好的韧性、热疲劳性和一定的耐磨性，在较低的奥氏体化温度条件下空淬，热处理变形小，空淬时产生氧化皮的倾向小，而且可以抵抗熔融铝的冲蚀作用。在高温时也有较好的强度和硬度，高的耐磨性和韧性，优良的综合力学性能和较高的耐回火性。模具最高使用温度不宜超过600℃。
2.化学成分、临界点及相应牌号（见表5-41）
表5-41 4Cr5MoSiV1钢的化学成分、临界点及对应牌号
3.热处理工艺（见表5-42）
表5-42 4Cr5MoSiV1钢热处理工艺
4.力学性能
4Cr5MoSiV1钢不同温度回火后的室温力学性能见图5-31。4Cr5MoSiV1钢高温力学性能见图5-32。
5.等温转变图
4Cr5MoSiV1钢奥氏体等温转变图见图5-33。
6.应用
（1）4Cr5MoSiV1钢制重载汽车发动机凸轮轴锻模箱式电炉加热淬火850℃预热，1050℃加热油淬，610℃回火两次，模具寿命较5CrNiMo提高1倍多。
（2）4Cr5MoSiV1钢汽车转向前接头热锻模盐浴淬火850℃预热，1030℃热油淬，620～640℃回火两次，硬度为42～47HRC。
图5-30 4Cr5MoSiV1钢淬火温度同硬度、晶粒度的关系
图5-31 4Cr5MoSiV1钢不同温度回火后的室温力学性能
注：1020℃油淬，两次回火。
（3）4Cr5MoSiV1钢制热拉深模冲头盐浴淬火620℃、850℃两次预热，1020℃加热，油淬，630℃、610℃各回火1次，硬度为40～45HRC。
（4）4Cr5MoSiV1钢制热作模具等温淬火 管子钳活动钳口热锻模和固定钳口两半模，850℃预热，1030℃加热，250℃等温，600℃两次回火。
（5）4Cr5MoSiV1钢制热挤压模高温淬火 剪刀热压平成形模采用高温淬火，模具平均寿命达到1.8万～2万件，远远高于其他方法处理的同类模具。具体工艺如下：
1）锻造余热淬火+高温回火，以调质代替原等温退火工艺。
2）600、850℃两次盐浴预热。
3）淬火加热温度由常规1020～1030℃提高到1080℃，加热时间可缩短。
图5-32 4Cr5MoSiV1钢高温力学性能
注：1020℃油淬，580℃两次回火。
4）560℃盐浴分级后空冷。
5）560℃×2h×2次回火，回火后硬度为54HRC。
盐浴高温淬火可以提高模具的寿命，采用真空高温淬火同样可以提高模具寿命。4Cr5MoSiV1钢制铝合金压铸模1080℃真空加热淬火，600℃×2h+580℃×2h回火，模具寿命比常规处理提高2～3倍。
（6）4Cr5MoSiV1钢制铝合金热挤压模低温淬火600℃、830℃两次预热，950～960℃加热油淬，油冷至200℃左右出油空冷，580℃×2h×2次回火，硬度为52～53HRC。
（7）4Cr5MoSiV1钢制推土机链轨节热锻模真空淬火 模具外形尺寸为540mm×220mm×80mm，模具在25000kN和40000kN机械热模锻压机上使用。锻件材料为35MnB，毛重4.8kg。1020～1030℃真空淬火，610～630℃回火后硬度为44～46HRC。
（8）4Cr5MoSiV1钢制模两次分级淬火 现场生产中发现，不少单位在处理4Cr5MoSiV1钢热模时，盐浴奥氏体化后，往往采取600℃、280～300℃两次分级淬火工艺。
4Cr5MoSiV1钢制弹体热挤压冲头1030℃盐浴加热，600℃、280℃各分级10min，650～660℃×2h×2次回火，硬度为39～41HRC，寿命由400～500次提到3000次。
图5-33 4Cr5MoSiV1钢奥氏体等温转变图
注：用钢成分（质量分数，%）：0.40C，1.05Si，5.0Cr，
1.35Mo，1.10V；奥氏体化温度1010℃。
（9）4Cr5MoSiV1制热挤压模气体O-S-N共渗 共渗剂为工业用NH3及SO2，减压脱水后经转子流量计导入炉内，570℃×3.5h共渗后，得到8～12μm化合物层，125～130μm的扩散层，次表面层硬度在1200HV以上，模具在16800kN挤压机上进行寿命考核，一次挤压铝合金型材8～12t，较常规处理提高3倍多。
（10）4Cr5MoSiV1钢制热挤模气体S-N-C共渗 共渗剂以二硫化碳、酒精溶液作滴注剂，氨气为渗剂。580℃×4h共渗后，白亮层深度为12～16μm，扩散层深度为0.24～0.28mm，硬度为1000～1050HV。
（11）4Cr5MoSiV1钢制铝型材热挤压模B-N-C共渗 模具外形尺寸为φ250mm×40mm，在使用前经550℃预热，在卧式挤压机上工作，在大于200MPa的压力下，将400～450℃的铝锭挤压成形。共渗工艺为：600℃×1h渗氮+930～950℃×5～6h B-N-C共渗+1000～1020℃油淬+530～550℃×2h×2次回火。经上述工艺处理后，表面为Fe2B相，硬度为1400～1800HV。模具的使用寿命由常规处理的1.3t提高到3～4t，达到美国同类模具2～5t的水平。
（12）4Cr5MoSiV1钢制热挤压模盐浴渗铬930℃×2h渗碳，然后980℃×4h渗铬，随炉升温至1020℃×1h，360℃分级淬火，560℃×2h+540℃×2h回火。
（13）4Cr5MoSiV1钢热作模具C-N-O-S-B五元共渗 五元共渗前先经真空淬火回火，然后在气体渗氮炉进行五元共渗，并加入稀土催渗：540～560℃×4～5h，共渗剂滴量为90滴/min，出炉后油冷至150℃出炉空冷。
2011年第7期《金属热处理》报道了广西大学等单位对4Cr5MoSiV1钢进行RE-N-C-S-V-Nb多元共渗工艺的试验研究，优化的工艺为：预渗处理570℃×3.5h+盐浴淬火1010℃×1.2h+盐浴回火575℃×4h。模具表面形成7～8μm高硬度和高熔点的钒、铌氮碳化合物渗层，且过渡层厚达82～90μm。
（14）4Cr5MoSiV1钢制望远镜外壳压铸模高淬高回工艺 将淬火温度由常规的1020～1030℃提高到1100℃，盐浴加热，分级淬火或油淬，600℃回火后硬度为51～52HRC。
（15）4Cr5MoSiV1钢制热模高压气淬工艺 一般小型复杂模具硬度要求46～48HRC，简单模具要求48～52HRC；中型模具复杂件硬度要求42～44HRC，大型模具复杂件要求40～42HRC，简单件要求42～46HRC。加热温度为1030～1040℃。
（16）4Cr5MoSiV1钢制热模渗氮处理 微型车前闸铝合金压铸模要求基体硬度为32～38HRC，气体渗氮。首先进行1030℃加热淬火，650～670℃回火，硬度为32～38HRC；然后进行气体渗氮，低于300℃入炉，在450℃保温2h；分两段渗氮：520～530℃×10h+550～560℃×8h。模具表面硬度为894～1018HV，渗层达0.11～0.13mm。
铝型材挤压模的渗氮工艺为：1030℃加热油淬，600℃×2h+580℃×2h回火，硬度为46～50HRC。成品模具经540～560℃×10h气体渗氮。