3Cr3Mo3VNb（HM3钢）热锻

3Cr3Mo3VNb（HM3钢）
3Cr3Mo3VNb钢代号为HM3钢，是参照国外H10钢和3Cr3Mo系热作模具钢，结合我国资源情况研制而成的新型高强韧性热锻模具钢。3Cr3Mo3VNb（HM3钢）其特点是在碳含量较低的情况下加入微量元素Nb，使钢具有更高的耐回火性、热强性，有明显的回火二次硬化效果。3Cr3Mo3VNb（HM3钢）的缺点为有脱碳倾向。生产实践表明：对于耐热钢、不锈钢及高温合金等成形用模具，5CrNiMo钢、3Cr2W8V钢和4Cr5W2VSi钢都不能满足生产要求，而HM3钢则可以使锻模的使用寿命有明显提高。HM3钢应用于热锻成形凹模、连杆辊锻模、轴承套圈毛坯热挤压凹模、高强钢精锻模、小型机锻模、铝合金压铸模等模具上，都有良好的效果。HM3钢模具寿命比3Cr2W8V钢、5CrNiMo钢及4Cr5W2VSi钢等模具提高2～10倍，可以有效地克服模具因热磨损、热疲劳、热裂等引起的早期失效。
（1）HM3钢化学成分
HM3模具钢化学成分（质量分数） （%）
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 ≤0.020 ≤0.010

（2）HM3钢临界点
HM3模具钢临界点温度
临界点 Ac1 Ac3 Ar1 Ar3 Ms
温度（近似值）/℃ 825 920 734 810 355

（3）HM3钢热加工
HM3模具钢锻造工艺规范
项目 加热温度/℃ 始锻温度/℃ 终锻温度/℃ 冷却方式
钢锭 1170～1200 1140～1170 ≥900 缓冷（砂冷或坑冷）
钢坯 1160～1180 1120～1150 ≥850 缓冷（砂冷或坑冷）

（4）HM3钢预备热处理 锻材等温退火：＜500℃入炉随炉升温，加热温度860～880℃，保温时间（H）1+1min/mm,等温温度730±10℃，保温时间（H）2+1min/mm，随炉冷至＜500℃出炉空冷（HB≤229）。
（5）HM3钢淬火及回火
1）淬火：加热温度为1080±10℃，油冷，硬度47～49HRC。表格为淬火温度与硬度及晶粒度的关系。
HM3模具钢淬火温度与硬度及晶粒度关系
淬火温度/℃ 1020 1060 1080 1090 1120
硬度HRC 47 47.1 48.5 47.9 47.8
晶粒度/级 10 9～10 9 8～9 8～9

2）回火规范见表格。不同温度回火后的硬度值和残留奥氏体量见表格。
HM3模具钢推荐回火规范
回火工件 回火温度/℃ 回火设备 回火硬度HRC
锻造变形抗力小的工件 570～600 空气炉 47～49
锻造变形抗力大的工件 600～630 空气炉 42～47

HM3模具钢不同温度回火后的硬度值和残留奥氏体量
回火温度/℃
回火次数 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）表示残留奥氏体的体积分数。
2.1080℃淬火。
（6）力学性能 HM3钢经1080℃加热、油冷淬火后的硬度为48.5HRC，残留奥氏体的体积分数为9.2%。由于回火时析出M2C、V4C3、NbC等弥散碳化物以及残留奥氏体的转变，在550℃左右回火时出现二次硬化峰，峰值稍淬火硬度值，但断裂韧度在低谷值，因此回火宜选择在550℃以上进行。HM3钢的常温力学性能和高温力学性能分别见表格。
HM3模具钢的力学性能
淬火温度/℃ 硬度HRC 回火后硬度HRC 晶粒度/级 σb/MPa σs/MPa δ（%） ψ（%） αk/(J/cm2) KIC/ 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：回火温度600℃、570℃二次回火
HM3模具钢高温力学性能
试验温度/℃ 室温 450 500 550 600 650
σb/MPa 1600 1380 1200 1100 1000 750
σ0.2/MPa — — — 800 650 550
ψ（%） 59 64 63 62 61 69
δ（%） 12 15 11 10 11.5 15

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