TAG:HM3模具钢的热加工方法，3Cr3Mo3VNb模具钢的热加工方法

        合金钢中的合金元素的种类及含量在一定程度上决定着钢材的材料性能，有些元素能够增强可切削性，有些元素提高材料的耐磨性等等，本稿的重点是3Cr3Mo3VNb模具钢得相关知识。

        (1) 材料的特性：3Cr3Mo3VNb 钢代号为 HM3, 属过共析钢, 是中碳铬系高强韧性热作模具钢。该钢是参照美国 AISI标准 H10 钢和俄罗斯ΓOCT标准3X3M3φ钢的改进型钢种, 与 HM1 钢相类似。我国早在 20 世纪 80 年代, 已列入原航空部标准中。
 

        该钢具有降低加热时的过热敏感性, 高温强度、热稳定性、塑韧性高, 以及耐冷热疲劳性好和耐热磨损性优良等特点, 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的不同, 其残留奥氏体的体积分数为 5% ~18% 和碳化物的体积分数为 1% ~3% 。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却速度下, 有形成晶界链状碳化物的倾向。
 

        除 Cr、 Mo、 V 和Nb外, 又加入了质量分数为 4% 的 W, 使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。该钢还具有良好的冷热疲劳性能。
 

         快速球化退火工艺使球化组织细小、均匀, 退火周期可缩短 1/3 以上, 节电20%左右。在600°C以下, 抗拉强度可达到 1000MPa, 700°C时可达 700MPa。在析出硬化区前回火时, 有较高的平面应变断裂韧度。
 

        该钢模具在预热至≥150°C使用时, 可显著提高冲击韧度, 防止模具的早期脆裂。
 

        中小型热锻模具的表面温度可达≥600°C , 该钢是根据形成合金碳化物所需的碳量,对 2Cr3Mo3VNb 钢做进一步成分调整而来的。钢中加入了质量分数为 3% 的钼, 既能提高钢的淬透性, 防止出现回火脆性, 又能提高钢的热稳定性。加入钒和铌则可起到细化晶粒、降低钢的过热敏感性的作用。
 

        该钢的淬透性高. 淬火加热温度范围宽, 过热敏感性低, 具有高温强度高和热稳定性、塑性韧性、冷热疲劳性、热磨损性能好等优点。
 

        (2) 供货状态：退火态

 
        (3)化学成分：该钢化学戒分 (质量分数)：C0.24% ~0.33%、 Si≤0.60%、Mn≤0.35%、Cr2.60% ~3.20%、 Mo2.70% ~3,20%、 V0.60% ~1.20% 、 Nb0.08% ~0.15% 、 P≤0.030%、S≤0.030%。

        (4) 参考对应牌号：美国 AISI 标准牌号 H10、俄罗斯ΓOCT 标准牌号 3X3M3φ、中国标准牌号3Cr3Mo3VNb。

        (5) 物理性能
             1) 临界点温度 Ac1=825°C、Ar1 =734°C、 Ac3 =920°C 、 Ar3 =810°C、Ms=355°C。
             2) 线胀系数 (室温到600°C):11.9×10-6K-1
             3) 热导率= 31.8W/(m•K)。
 

        (6) 热加工规范：开始温度1120~1150°C,终止温度≥850°C, 灰冷或堆冷, 冷却后需及时退火。

         (7) 普通退火规范：退火温度 (860±10)°C, 保温2~3h, 降温到 (710±10)°C, 保温4~6h,炉冷到≤550°C, 出炉空冷。

         (8) 普通球化退火规范：860~900°C ×2~3h 炉冷, 700~730°C ×3 ~5h 等温, 炉冷至≤550°C, 出炉空泠,硬度 180 ~190HBW。
 

         (9) 快速球化退火规范：退火温度 1030°C, 保温时间 20s/mm, 油冷, 随后加热至 800~850°C, 保温时间1~2min/mm, 待到温度均热后, 随即炉冷, 降至≤550°C, 出炉空冷, 退火硬度180~200HBW

         (10)淬火、回火规范
              淬火温度950~1000°C,硬度46~50HRC, 晶粒度为 10~11级。
              回火温度 500~580°C, 呈现析出硬化效应, 硬度比淬火态高1 ~1.5HRC。回火温度 450 ~650°C , 硬度 42 ~48HRC。
 

         (11) 强韧化处理：加热至 1080°C, ω(NaCl) =10%水溶液淬火, 560°C×2h ×2 次回火。盐水淬火代替常规油冷, 可抑制贝氏体组织的形成, 得到单一马氏体组织, 使其具有更好的热疲劳性能。

         (12) 离子渗氮处理、淬火、回火规范：渗氮温度460°C/530°C/580°C/640°C, 保持时间 10h, 离子渗氮层深度 0.12mm/0. 20 ~ 0.28mm/0.28mm/0.35 ~0. 38mm, 表面硬度 1145 ~ 1320HV0. 5/1120HV0.5/1095HV0. 5/810 ~824HV0.。淬火温度 1080°C, 油冷, 硬度 48.5HRC, 回火温度 450°C/500°C/550°C/580°C/600°C/620°C/650°C, 一次回火后的硬度 48. 5HRC/48.5HRC/48. 0HRC/49. 0HRC/48.0HRC/45.5HRC/39. 0HRC, 二次回火后的硬度 48.5HRC/49. 5HRC/48.0HRC/49.5HRC/48. 0HRC/45.5HRC/41. 0HRC
 

        (13) 典型应用举例
               1) 连杆辊锻成形模。由干连杆辊锻成形模具尺寸大,工作条件恶劣,所以模具磨损、热疲劳、塌陷、断裂失效现象非常严.HM3钢制作的辊锻模可消除上述缺陷,使用寿命达到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的使用寿命比3Cr2W8V 钢提高到4 ~7倍。
               4)在锻模模具上, 该钢的使用寿命与 H13 钢相比, 同样可以大幅度提高, 一般可达 H13 钢的两倍左右。
               5)采用该钢制作的生产无缝钢管顶的使用寿命是 3Cr2W8V 的两部, 是 H13 钢的 3倍。
               6) 适用于制作非铁金属压铸模、耐热不锈钢及高强度材料锻压成形模等, 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、高温合金成形用模具。
               9) 用于 GCr15 钢轴承环套圈热锻成形凹模。在用 5CrNiMo钢、 3Cr2W8V钢和GCr15 钢制作时, 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 1000 ~3000 件。改用 HM3 钢制作后, 使用寿命提高到1万~3万件, 一股使用到 8000 件后方出现轻徵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1000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 钢制作这类模具后, 使用寿命分别比 5CrNiMo钢和 4Cr5W2VSI 钢提高 5 ~10倍和 2 ~5 倍。
             11) 用于整体淬硬型塑料模具。本文摘自模具钢专业供应商—昆山市龙拓金属制品有限公司(www.ksltjs.com) 05月17日讯。

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