HM3模具鋼材料HM3熱作模具鋼

該鋼種與HM1為同一系列產(chǎn)品，其高溫強(qiáng)韌性能和熱疲憊性能非常突出，特別適合于沖擊載荷較大，工作溫差高的模具。如輥段成型模具，有色金屬壓鑄模具、耐熱不銹鋼及高強(qiáng)度材料鍛壓成型模具，軸承環(huán)套圈熱鍛成型凹模等，使用壽命比原用H13、3Cr2W8V和5CrNiMo都有成倍進(jìn)步。

 HM3新型熱作模具鋼
    （1）模具鋼的特性 HM3鋼號(hào)3Cr3Mo3VNb，屬過共析鋼，中碳鉻系高強(qiáng)韌性熱作模具鋼，該鋼是參照美國(guó)AISI標(biāo)準(zhǔn)H10鋼的俄羅斯ΓOCT標(biāo)準(zhǔn)3X3M3Φ鋼的改進(jìn)型鋼種，與HM1相類似，我國(guó)早在20世紀(jì)80年代，列入航空部標(biāo)準(zhǔn)的3Cr3Mo3VNb鋼種。
    該鋼具有降低加熱時(shí)的過熱敏感性、高溫強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性高、塑性韌性高、耐冷熱疲勞性好和耐熱磨損性優(yōu)良的特點(diǎn)，在鍛態(tài)和正火空冷狀態(tài)時(shí)，易形成貝氏體組織，在淬火態(tài)可得到板條狀馬氏體組織，并隨淬火加熱穩(wěn)定和冷卻條件不同，含有5%～18%的殘留奧氏體和1%～3%的碳化物。該鋼的碳化物，在退火態(tài)為M6C、M4C3和NbC，在淬火態(tài)為M2C、V4C3、和NbC。大截面含鈮鋼模具在緩慢冷速下，有形成晶界鏈狀碳化物的傾向。
    除Cr、Mo、V和Nb外，又加入了4%W，使鋼的高溫強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性得到了進(jìn)一步提高，是中碳鉻系熱作模具鋼中高溫強(qiáng)度較高、熱穩(wěn)定性較好的鋼種。該鋼還具有良好的耐冷疲勞性能。
    快速球化退火工藝球化組織小、均勻，退火周期可縮短1/3以上，節(jié)約電能消耗20%左右。在600℃下，抗拉強(qiáng)度可達(dá)到1000MPa，700℃時(shí)可達(dá)700MPa。在析出硬化區(qū)前回火時(shí)，在較高的KIC值。
    該鋼模具在預(yù)熱至≥150℃使用時(shí)，可顯著提高沖擊韌性，防止模具的早期脆裂。
    中、小型熱鍛模具的表面溫度可達(dá)≥600℃，該鋼是根據(jù)形成合金碳化物所需的碳量，對(duì)2Cr3Mo3VMb做進(jìn)一步成分調(diào)整而來的。鋼中加入了3%Mo，既能提高鋼的淬透性和防止出現(xiàn)回火脆性，又能提高鋼的熱穩(wěn)定性。加入V和Nb則可起到細(xì)化晶粒，降低鋼的過熱敏感性作用。
    該鋼的淬透性高，淬火加熱溫度范圍寬，過熱敏感性低，具有高溫強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好、塑性韌性好、耐冷熱疲勞性能好、熱磨損性能好等優(yōu)點(diǎn)。
    （2）供貨狀態(tài) 退火態(tài)。
    （3）化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%） 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）參考對(duì)應(yīng)鋼號(hào) 美國(guó)AISI標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)H10、俄羅斯ΓOCT標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)3X3M3Φ、我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)3Cr3Mo3VNb。
    （5）物理性能
    ①臨界點(diǎn)溫度（近似值） Ac1=825℃，Ar1=734℃，Acm=910～920℃，Arm=810℃，Ms=355℃。
    ②線（膨）用系數(shù)：室溫到600℃，α=11.9×10-6K-1。
    ③熱導(dǎo)率：λ=32.55W/（m•K）。
    （6）熱加工規(guī)范 始鍛溫度1120～1150℃，終鍛≥850℃，灰冷或堆冷，冷卻后需及時(shí)退火。
    （7）普通退火規(guī)范 溫度860℃±10℃，保溫時(shí)間2～3h，降溫到溫度710℃±10℃，保溫時(shí)間4～6h，爐冷到溫度≤550℃，出爐空冷。
    （8）普通球化退火規(guī)范 （860～900）℃×（2～3）h爐冷，（700～730）℃×（3～5）h等溫，爐冷至溫度≤550℃，出爐空冷，硬度180～190HBS。
    （9）快速球化退火規(guī)范 高溫1030℃加熱，時(shí)間20s/mm，油淬，隨后，在800～850℃加熱，時(shí)間1～2min/mm，待到均熱后，隨即爐冷，降至溫度≤550℃，出爐空冷，退火硬度180～200HBS。
    （10）淬火、回火規(guī)范 淬火溫度950～1000℃，淬火硬度46～50HRC，晶粒度為10～11級(jí)。
    回火溫度500～580℃，呈現(xiàn)析出硬化效應(yīng)，硬度比淬火態(tài)高1～1.5HRC，回火溫度450～650℃，硬度42～48HRC。
    （11）離子滲氮處理規(guī)范 滲氮溫度460℃/530℃/580℃/640℃，保持時(shí)間10h，離子滲氮層深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。
    淬火溫度1080℃，油淬，硬度48.5HRC，回火溫度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。 
    
應(yīng)用HM3鋼制造這類模具后，使用壽命分別比5CrNiMo和4Cr5W2VSi提高5～10倍和2～5倍。

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