上海鐵島模具科技有限公司

HM3新型熱作模具鋼

（1）模具鋼的特性  HM3鋼號3Cr3Mo3VNb，屬過共析鋼，中碳鉻系高強(qiáng)韌性熱作模具鋼，HM3鋼是參照美國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，我國早在20世紀(jì)80年代，列入航空部標(biāo)準(zhǔn)的3Cr3Mo3VNb鋼種。

HM3鋼具有降低加熱時的過熱敏感性、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，在鍛態(tài)和正火空冷狀態(tài)時，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HM3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。HM3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℃時可達(dá)700MPa。在析出硬化區(qū)前回火時，在較高的K_IC值。

該鋼模具在預(yù)熱至≥150℃使用時，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℃，HM3鋼是根據(jù)形成合金碳化物所需的碳量，對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。

HM3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。

（2）HM3鋼供貨狀態(tài)  退火態(tài)。

（3）HM3鋼化學(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）HM3鋼參考對應(yīng)鋼號  美國AISI標(biāo)準(zhǔn)鋼號H10、俄羅斯ΓOCT標(biāo)準(zhǔn)鋼號3X3M3Φ、我國標(biāo)準(zhǔn)鋼號3Cr3Mo3VNb。

（5）HM3鋼物理性能

①臨界點溫度（近似值） A_c1=825℃，A_r1=734℃，A_cm=910～920℃，A_rm=810℃，M_s=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）HM3鋼熱加工規(guī)范  始鍛溫度1120～1150℃，終鍛≥850℃，灰冷或堆冷，冷卻后需及時退火。

（7）HM3鋼普通退火規(guī)范  溫度860℃±10℃，保溫時間2～3h，降溫到溫度710℃±10℃，保溫時間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，時間20s/mm，油淬，隨后，在800～850℃加熱，時間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。

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。

（12）HM3鋼典型應(yīng)用舉例

①連桿輥鍛成型模，連桿輥鍛成型模具尺寸大，工作條件惡劣，磨損、熱疲勞、塌陷、斷裂失效現(xiàn)象非常嚴(yán)重。HM3鋼制的輥鍛模可消除上述缺陷，使用壽命可達(dá)到1.9萬件。

②在實際應(yīng)用中，該鋼模具的使用壽命可達(dá)5CrNiMo、5CrMnMo鋼的4倍以上。

③在軸承行業(yè)，用該鋼制作的擠壓模具比3Cr2W8V鋼的壽命提高到4～7倍。

④在鍛模模具上，該鋼的使用壽命與H13鋼相比，同樣是可以大幅度提高，一般可達(dá)H13鋼的2倍左右。

⑤采用該鋼制作的生產(chǎn)無縫鋼管頂?shù)膲勖?Cr2W8V鋼的2倍，是H13鋼的3倍。

⑥適用于制作有色金屬壓鑄模、耐熱不銹鋼及高強(qiáng)度材料鍛壓成型模等，使用效果良好。

⑦特別適合于沖擊載荷較大、工作溫差高的模具。

⑧適合于耐熱、不銹、高溫合金成型用模具。

⑨用于GCr15鋼軸承環(huán)套圈熱鍛成型凹模，在用5CrNiMo、3Cr2W8V、GCr15鋼制時，常呈現(xiàn)有劇烈磨損、熱疲勞、熱裂、截面過渡處塌陷變形等現(xiàn)象，使用壽命僅0.1萬～0.3萬件，改用H13鋼制造后，使用壽命提高到1萬～3萬件，一般使用到0.8萬件后方出現(xiàn)輕微的熱疲勞和熱裂現(xiàn)象。

⑩采用4Cr5W2VSi鋼的熱鍛模，使用壽命雖比5CrNiMo鋼高一倍，但仍低于0.1萬件，使用中易產(chǎn)生磨損、塌陷、型腔脹大、尺寸超差、開裂等早期嚴(yán)重失效現(xiàn)象，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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