HM3(3Cr3Mo3VNb)_中耐热热作模具钢_高强韧性热锻模具钢

HM3(3Cr3Mo3VNb)
新型高强韧性热锻模具钢
中耐热热作模具钢

HM3(3Cr3Mo3VNb)钢，是参照国外H10钢和3Cr3Mo系热作模具钢，结合我国资源情况研制而成的新型高强韧性热锻模具钢，是一种中耐热热作模具钢。

HM3(3Cr3Mo3VNb)钢的特点及应用：
HM3(3Cr3Mo3VNb)钢的特点是在含碳量较低的情况下加入微量元素Nb，使钢具有更高的耐回火性、热强性，有明显的回火二次硬化效果。HM3钢的缺点为有脱碳倾向。生产实践表明：对于耐热钢、不锈钢及高温合金等成形用模具，5CrNiMo钢、3Cr2W8V钢和4Cr5W2VSi钢都不能满足生产要求，而HM3钢则可以使锻模的使用寿命有明显提高。
HM3钢应用于热锻成形凹模、连杆辊锻模、轴承套圈毛坯热挤压凹模、高强钢精锻模、小型机锻模、铝合金压铸模等模具上，都有良好的效果。HM3钢模具寿命比3Cr2W8V钢、5CrNiMo钢及4Cr5W2VSi钢等模具提高2~10倍，可以有效地克服模具因热磨损、热疲劳、热裂等引起的早期失效。

HM3(3Cr3Mo3VNb)钢的化学成分：
HM3钢的化学成分见表1。
表1   HM3钢化学成分(质量分数，%)
C Si Mn Cr Mo V Nb P S
0.24~0.33 ≤0.60 ≤0.35 2.60~3.20 2.70~3.20 0.60~0.80 0.08~0.15 ≤0.030 ≤0.030

HM3(3Cr3Mo3VNb)钢的临界点温度：
见表2。
表2   HM3钢临界点温度
临界点 Ac1 Ac3 Ar1 Ar3 Ms
温度(近似值)/℃ 825 920 734 830 355

HM3(3Cr3Mo3VNb)钢的热加工：
锻造工艺规范见表3。
表3   HM3钢锻造工艺规范
项目 加热温度/℃ 始锻温度/℃ 终锻温度/℃ 冷却方式
钢锭 1170~1200 1120~1150 ≥900 缓冷(坑冷或砂冷)
钢坯 1150~1180 1050~1100 ≥850 缓冷(坑冷或砂冷)

HM3(3Cr3Mo3VNb)钢的预备热处理：
采用等温退火工艺，加热温度为850~870℃，保温2~4h；等温温度700~720℃，保温4~6h，炉冷到550℃以下出炉空冷，退火后硬度≤229HBS，组织为均匀细小的点状和粒状珠光体。

HM3(3Cr3Mo3VNb)钢的淬火及回火：
1)淬火：加热温度为1060~1090℃，油冷，硬度为47~49HRC。表4为淬火温度与硬度及晶粒度的关系。
表4   HM3钢淬火温度与硬度及晶粒度关系
淬火温度/℃ 1020 1060 1080 1090 1120
硬度HRC 47 47.1 48.5 47.9 47.8
晶粒度/级 10 9~10 9 8~9 8~9
2)回火工艺规范见表5。不同温度回火后的硬度值和残留奥氏体量见表6。
表5   推荐回火规范
回火工件 回火温度/℃ 回火设备 回火硬度HRC
锻造变形抗力小的工件 570~600 空气炉 47~49
锻造变形抗力大的工件 600~630 空气炉 42~47
表6   不同温度回火后的硬度值和残留奥氏体量
回火次数 回火温度/℃
 450 500 550 580 600 620 650
一次回火 硬度HRC 48.5 48.5 49 49 48 45.5 39
 φ(Ar)(%) 6.4 6.17 1.58 0.77 0 0 0
二次回火 硬度HRC 48.5 49.5 49.5 49.5 48 45.5 41.0
 φ(Ar)(%) 6.64 3.30 0.69 0.40 0 0 0
注：1. φ(Ar)表示残留奥氏体的体积分数。
2.1080℃淬火。

HM3(3Cr3Mo3VNb)钢的力学性能：
HM3钢经1080℃加热、油冷淬火后的硬度为48.5HRC，残留奥氏体的体积分数为9.2%。由于回火时析出M2C、V4C3、NbC等弥散碳化物以及残留奥氏体的转变，在550℃左右回火时出现二次硬化峰，峰值稍高于淬火、硬度值，但断裂韧度在低谷值，因此回火宜选择在550℃以上进行。HM3钢的常温力学性能和高温力学性能分别见表7、表8。
表7   HM3钢的常温力学性能
淬火温度/℃ 硬度HRC 回火后硬度HRC 晶粒度/级  /MPa
 /MPa
δ(%) ψ(%) 
K1C/MPa•m1/2
1060 47.1 48.1 9~10 1535 1352 11 59.8 26.3 36
1120 47.8 49.7 8~9 1646 1433 13 60.7 19 32
注：回火温度600℃、570℃二次回火。
表8   HM3钢高温力学性能
试验温度/℃ 室温 450 500 550 600 650
 /MPa
1600 1380 1200 1100 1000 750
 /MPa
- - - 800 650 550
ψ(%) 59 64 63 62 61 69
δ(%) 12 15 11 10 11.5 15
注：1080℃油淬，600℃回火。

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