5Cr4Mo3SiMnVA1高速钢的化学成分与金相组织研究

　　5Cr4Mo3SiMnVA1高速钢（5Cr4Mo3SiMnVA1）全面技术解析

　　一、材料基本属性

　　5Cr4Mo3SiMnVA1是中国自主研发的高性能高速钢，属于钨钼系高速钢，对应：

　　国际类似牌号：M2（美国AISI标准）

　　日本标准：SKH51

　　德国标准：1.3343

　　该材料通过优化合金配比和热处理工艺，获得优异的红硬性、耐磨性和强韧性平衡，是中国高端工具钢的代表性材料之一。

　　二、关键性能特点

　　1. 机械性能

　　硬度：

　　淬火回火态：HRC 63-66

　　高温硬度（600℃）：≥HRC 54

　　抗弯强度：3500-4500MPa

　　冲击韧性：25-35J/cm²

　　热稳定性：可承受650℃短时工作温度

　　2. 物理特性

　　参数典型值

　　密度8.1 g/cm³

　　弹性模量220 GPa

　　热膨胀系数11.5×10⁻⁶/K (20-600℃)

　　导热系数23 W/(m·K)

　　3. 特殊性能

　　红硬性：600℃×4h后硬度仍保持HRC 60以上

　　耐磨性：优于普通高速钢3-5倍

　　抗粘着磨损：特别适合切削粘性材料

　　三、典型工业应用

　　1. 切削工具

　　高性能钻头（特别是深孔钻）

　　齿轮滚刀

　　螺纹刀具

　　硬质合金刀具基体

　　2. 模具制造

　　精密冷冲模

　　热作模具（工作温度≤650℃）

　　压铸模镶块

　　3. 特殊零部件

　　航空发动机高温紧固件

　　石油钻探工具

　　高应力耐磨零件

　　5Cr4Mo3SiMnVA1高速钢标准GB/T 9943-2008

　　5Cr4Mo3SiMnVA1化学成分：

　　C：0.47～0.57

　　Cr：3.80～4.30

　　Mo：2.80～3.40

　　V：0.80～1.20

　　Si：0.80～1.10

　　Mn：0.80～1.10

　　A1：0.30～0.70。

　　5Cr4Mo3SiMnVA1基体钢类型的冷热两用型工模具钢，作为冷作模具钢，具有较高的强韧性，良好的耐热性和耐冷热疲劳性，淬透性和淬硬性均较好。它与碳素工具钢、低公合金工具钢以及Cr12型钢相比，具有较高的韧性；作为热作模具钢，它与3Cr2W8V钢相比，具有较高的温度强度和较优良的抗热疲劳性能。这种钢用于标准件行业的冷镦模和轴承行业的热挤压模使用，寿命比原钢种有较大的提高。

　　五、热处理工艺

　　1. 标准处理流程

　　退火：

　　850-870℃×2h→炉冷至500℃后空冷（硬度≤255HB）

　　淬火：

　　预热：800-850℃（1min/mm）

　　奥氏体化：1180-1220℃（0.5min/mm）

　　冷却：分级淬火（580-620℃盐浴）或油冷

　　回火：

　　540-560℃×1h×3次（每次冷却至室温）

　　2. 特殊处理

　　深冷处理：-196℃×2h→提升耐磨性10-15%

　　表面处理：

　　PVD涂层（TiN/TiAlN）：表面硬度≥3000HV

　　蒸汽处理：形成Fe3O4保护膜

　　六、加工制造要点

　　1. 锻造工艺

　　始锻温度：1100-1150℃

　　终锻温度：≥900℃

　　锻后缓冷（砂冷或炉冷）

　　2. 切削加工

　　粗加工：

　　刀具：超硬合金

　　参数：Vc=15-25m/min，f=0.15-0.25mm/r

　　精加工：

　　刀具：CBN/金刚石

　　参数：Vc=50-80m/min

　　3. 磨削加工

　　砂轮选择：WA或DA砂轮（粒度80-120）

　　冷却液：必须充分冷却

　　七、材料对比

　　特性5Cr4Mo3SiMnVA1W6Mo5Cr4V2W18Cr4V

　　红硬性★★★★★★★★★

　　韧性★★★★★★

　　耐磨性★★★★★★★★★

　　可磨削性★★★★★★★★★

　　八、选型建议

　　佳应用场景

　　需要同时满足：

　　高红硬性（600℃仍保持高硬度）

　　优异耐磨性

　　适度韧性要求

　　典型工况：

　　高速切削难加工材料（如高温合金、钛合金）

　　高负荷冷作模具

　　高温工作环境下的耐磨零件

　　使用注意事项

　　避免在800℃以上长期工作

　　焊接需特殊工艺（预热400℃+专用焊条）

　　磨削时需防止过热

　　建议定期检查刃口磨损情况（每8小时工作）

　　5Cr4Mo3SiMnVA1特别适合替代进口高端高速钢，在要求高红硬性和耐磨性的工况下表现出色，是中国制造2025重点推广的高端工具材料之一。