HM3(3Cr3Mo3VNb)
新型高強韌性熱鍛模具鋼
中耐熱熱作模具鋼

HM3(3Cr3Mo3VNb)鋼，是參照國外H10鋼和3Cr3Mo系熱作模具鋼，結合我國資源情況研制而成的新型高強韌性熱鍛模具鋼，是一種中耐熱熱作模具鋼。

HM3(3Cr3Mo3VNb)鋼的特點及應用：
HM3(3Cr3Mo3VNb)鋼的特點是在含碳量較低的情況下加入微量元素Nb，使鋼具有更高的耐回火性、熱強性，有明顯的回火二次硬化效果。HM3鋼的缺點為有脫碳傾向。生產實踐表明：對于耐熱鋼、不銹鋼及高溫合金等成形用模具，5CrNiMo鋼、3Cr2W8V鋼和4Cr5W2VSi鋼都不能滿足生產要求，而HM3鋼則可以使鍛模的使用壽命有明顯提高。
HM3鋼應用于熱鍛成形凹模、連桿輥鍛模、軸承套圈毛坯熱擠壓凹模、高強鋼精鍛模、小型機鍛模、鋁合金壓鑄模等模具上，都有良好的效果。HM3鋼模具壽命比3Cr2W8V鋼、5CrNiMo鋼及4Cr5W2VSi鋼等模具提高2~10倍，可以有效地克服模具因熱磨損、熱疲勞、熱裂等引起的早期失效。

HM3(3Cr3Mo3VNb)鋼的化學成分：
HM3鋼的化學成分見表1。
表1   HM3鋼化學成分(質量分數，%)
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)鋼的臨界點溫度：
見表2。
表2   HM3鋼臨界點溫度
臨界點 Ac1 Ac3 Ar1 Ar3 Ms
溫度(近似值)/℃ 825 920 734 830 355

HM3(3Cr3Mo3VNb)鋼的熱加工：
鍛造工藝規范見表3。
表3   HM3鋼鍛造工藝規范
項目 加熱溫度/℃ 始鍛溫度/℃ 終鍛溫度/℃ 冷卻方式
鋼錠 1170~1200 1120~1150 ≥900 緩冷(坑冷或砂冷)
鋼坯 1150~1180 1050~1100 ≥850 緩冷(坑冷或砂冷)

HM3(3Cr3Mo3VNb)鋼的預備熱處理：
采用等溫退火工藝，加熱溫度為850~870℃，保溫2~4h；等溫溫度700~720℃，保溫4~6h，爐冷到550℃以下出爐空冷，退火后硬度≤229HBS，組織為均勻細小的點狀和粒狀珠光體。

HM3(3Cr3Mo3VNb)鋼的淬火及回火：
1)淬火：加熱溫度為1060~1090℃，油冷，硬度為47~49HRC。表4為淬火溫度與硬度及晶粒度的關系。
表4   HM3鋼淬火溫度與硬度及晶粒度關系
淬火溫度/℃ 1020 1060 1080 1090 1120
硬度HRC 47 47.1 48.5 47.9 47.8
晶粒度/級 10 9~10 9 8~9 8~9
2)回火工藝規范見表5。不同溫度回火后的硬度值和殘留奧氏體量見表6。
表5   推薦回火規范
回火工件 回火溫度/℃ 回火設備 回火硬度HRC
鍛造變形抗力小的工件 570~600 空氣爐 47~49
鍛造變形抗力大的工件 600~630 空氣爐 42~47
表6   不同溫度回火后的硬度值和殘留奧氏體量
回火次數 回火溫度/℃
 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)表示殘留奧氏體的體積分數。
2.1080℃淬火。

HM3(3Cr3Mo3VNb)鋼的力學性能：
HM3鋼經1080℃加熱、油冷淬火后的硬度為48.5HRC，殘留奧氏體的體積分數為9.2%。由于回火時析出M2C、V4C3、NbC等彌散碳化物以及殘留奧氏體的轉變，在550℃左右回火時出現二次硬化峰，峰值稍高于淬火、硬度值，但斷裂韌度在低谷值，因此回火宜選擇在550℃以上進行。HM3鋼的常溫力學性能和高溫力學性能分別見表7、表8。
表7   HM3鋼的常溫力學性能
淬火溫度/℃ 硬度HRC 回火后硬度HRC 晶粒度/級  /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：回火溫度600℃、570℃二次回火。
表8   HM3鋼高溫力學性能
試驗溫度/℃ 室溫 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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