HM3新型热作模具钢简介

HM3新型热作模具钢

（1）模具钢的特性  HM3钢号3Cr3Mo3VNb，属过共析钢，中碳铬系高强韧性热作模具钢，该钢是参照美国AISI标准H10钢的俄罗斯ΓOCT标准3X3M3Φ钢的改进型钢种，与HM1相类似，我国早在20世纪80年代，列入航空部标准的3Cr3Mo3VNb钢种。

该钢具有降低加热时的过热敏感性、高温强度高、热稳定性高、塑性韧性高、耐冷热疲劳性好和耐热磨损性优良的特点，在锻态和正火空冷状态时，易形成贝氏体组织，在淬火态可得到板条状马氏体组织，并随淬火加热稳定和冷却条件不同，含有5%～18%的残留奥氏体和1%～3%的碳化物。该钢的碳化物，在退火态为M6C、M4C3和NbC，在淬火态为M2C、V4C3、和NbC。大截面含铌钢模具在缓慢冷速下，有形成晶界链状碳化物的倾向。

除Cr、Mo、V和Nb外，又加入了4%W，使钢的高温强度和热稳定性得到了进一步提高，是中碳铬系热作模具钢中高温强度较高、热稳定性较好的钢种。该钢还具有良好的耐冷疲劳性能。

快速球化退火工艺球化组织小、均匀，退火周期可缩短1/3以上，节约电能消耗20%左右。在600℃下，抗拉强度可达到1000MPa，700℃时可达700MPa。在析出硬化区前回火时，在较高的KIC值。

该钢模具在预热至≥150℃使用时，可显著提高冲击韧性，防止模具的早期脆裂。

中、小型热锻模具的表面温度可达≥600℃，该钢是根据形成合金碳化物所需的碳量，对2Cr3Mo3VMb做进一步成分调整而来的。钢中加入了3%Mo，既能提高钢的淬透性和防止出现回火脆性，又能提高钢的热稳定性。加入V和Nb则可起到细化晶粒，降低钢的过热敏感性作用。

该钢的淬透性高，淬火加热温度范围宽，过热敏感性低，具有高温强度高、热稳定性好、塑性韧性好、耐冷热疲劳性能好、热磨损性能好等优点。

（2）供货状态  退火态。

（3）化学成分（质量分数，%）  C 0.2～0.3、Si≤0.60、Mn≤0.35、Cr 2.6～3.2、Mo 2.7～3. 2、V 0.6～1.2、Nb 0.08～0.12、P≤0.030、S≤0.030。

（4）参考对应钢号  美国AISI标准钢号H10、俄罗斯ΓOCT标准钢号3X3M3Φ、我国标准钢号3Cr3Mo3VNb。

（5）物理性能

①临界点温度（近似值） Ac1=825℃，Ar1=734℃，Acm=910～920℃，Arm=810℃，Ms=355℃。

②线（膨）用系数：室温到600℃，α=11.9×10-6K-1。

③热导率：λ=32.55W/（m•K）。

（6）热加工规范  始锻温度1120～1150℃，终锻≥850℃，灰冷或堆冷，冷却后需及时退火。

（7）普通退火规范  温度860℃±10℃，保温时间2～3h，降温到温度710℃±10℃，保温时间4～6h，炉冷到温度≤550℃，出炉空冷。

（8）普通球化退火规范  （860～900）℃×（2～3）h炉冷，（700～730）℃×（3～5）h等温，炉冷至温度≤550℃，出炉空冷，硬度180～190HBS。

（9）快速球化退火规范  高温1030℃加热，时间20s/mm，油淬，随后，在800～850℃加热，时间1～2min/mm，待到均热后，随即炉冷，降至温度≤550℃，出炉空冷，退火硬度180～200HBS。

（10）淬火、回火规范  淬火温度950～1000℃，淬火硬度46～50HRC，晶粒度为10～11级。

回火温度500～580℃，呈现析出硬化效应，硬度比淬火态高1～1.5HRC，回火温度450～650℃，硬度42～48HRC。

（11）离子渗氮处理规范  渗氮温度460℃/530℃/580℃/640℃，保持时间10h，离子渗氮层深0.12mm/0.20～0.28 mm/0.28mm/0.35～0.38 mm，表面硬度1145～1320HV0.5/1120HV0.5/1095HV0.5/810～824HV0.5。

淬火温度1080℃，油淬，硬度48.5HRC，回火温度450℃/500℃/550℃/580℃/600℃/620℃/650℃，一次回火后的硬度48.5HRC/48.5 HRC/48.0 HRC/49.0 HRC/48.0 HRC/45.5 HRC/39.0 HRC，二次回火后硬度48.5 HRC/49.5 HRC/48.0 HRC/49.5 HRC/48.0 HRC/45.5 HRC/41.0 HRC。

（12）HM3钢典型应用举例

①连杆辊锻成型模，连杆辊锻成型模具尺寸大，工作条件恶劣，磨损、热疲劳、塌陷、断裂失效现象非常严重。HM3钢制的辊锻模可消除上述缺陷，使用寿命可达到1.9万件。

②在实际应用中，该钢模具的使用寿命可达5CrNiMo、5CrMnMo钢的4倍以上。

③在轴承行业，用该钢制作的挤压模具比3Cr2W8V钢的寿命提高到4～7倍。

④在锻模模具上，该钢的使用寿命与H13钢相比，同样是可以大幅度提高，一般可达H13钢的2倍左右。

⑤采用该钢制作的生产无缝钢管顶的寿命是3Cr2W8V钢的2倍，是H13钢的3倍。

⑥适用于制作有色金属压铸模、耐热不锈钢及高强度材料锻压成型模等，使用效果良好。

⑦特别适合于冲击载荷较大、工作温差高的模具。

⑧适合于耐热、不锈、高温合金成型用模具。

⑨用于GCr15钢轴承环套圈热锻成型凹模，在用5CrNiMo、3Cr2W8V、GCr15钢制时，常呈现有剧烈磨损、热疲劳、热裂、截面过渡处塌陷变形等现象，使用寿命仅0.1万～0.3万件，改用H13钢制造后，使用寿命提高到1万～3万件，一般使用到0.8万件后方出现轻微的热疲劳和热裂现象。

⑩采用4Cr5W2VSi钢的热锻模，使用寿命虽比5CrNiMo钢高一倍，但仍低于0.1万件，使用中易产生磨损、塌陷、型腔胀大、尺寸超差、开裂等早期严重失效现象，应用HM3钢制造这类模具后，使用寿命分别比5CrNiMo和4Cr5W2VSi提高5～10倍和2～5倍。