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,HM3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。

HM3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HM3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。HM3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K_IC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℃,HM3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。

HM3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)HM3钢供货状态  退火态。

(3)HM3钢化学成分(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)HM3钢参考对应钢号  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)HM3钢物理性能

①临界点温度(近似值) A_c1=825℃,A_r1=734℃,A_cm=910~920℃,A_rm=810℃,M_s=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)HM3钢热加工规范  始锻温度1120~1150℃,终锻≥850℃,灰冷或堆冷,冷却后需及时退火。

(7)HM3钢普通退火规范  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 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。

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