鋼材按照碳元素含量的多少可以分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼，作為模具鋼的鋼材一般是中低碳鋼，本稿的重點HM3模具鋼是執(zhí)行美國標準的材料，具有優(yōu)秀的機械性能和可加工性。
(1) 材料的特性：3Cr3Mo3VNb 鋼代號為 HM3, 屬過共析鋼, 是中碳鉻系高強韌性熱作模具鋼。該鋼是參照美國 AISI標準 H10 鋼和俄羅斯ΓOCT標準3X3M3φ鋼的改進型鋼種, 與 HM1 鋼相類似。我國早在 20 世紀 80 年代, 已列入原航空部標準中。
該鋼具有降低加熱時的過熱敏感性, 高溫強度、熱穩(wěn)定性、塑韌性高, 以及耐冷熱疲勞性好和耐熱磨損性優(yōu)良等特點, 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)定和冷卻條件的不同, 其殘留奧氏體的體積分數(shù)為 5% ~18% 和碳化物的體積分數(shù)為 1% ~3% 。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卻速度下, 有形成晶界鏈狀碳化物的傾向。
除 Cr、 Mo、 V 和Nb外, 又加入了質(zhì)量分數(shù)為 4% 的 W, 使鋼的高溫強度和熱穩(wěn)定性得到了進一步提高, 是中碳鉻系熱作模具鋼中高溫強度較高、熱穩(wěn)定性較好的鋼種。該鋼還具有良好的冷熱疲勞性能。
快速球化退火工藝使球化組織細小、均勻, 退火周期可縮短 1/3 以上, 節(jié)電20%左右。在600°C以下, 抗拉強度可達到 1000MPa, 700°C時可達 700MPa。在析出硬化區(qū)前回火時, 有較高的平面應變斷裂韌度。
該鋼模具在預熱至≥150°C使用時, 可顯著提高沖擊韌度, 防止模具的早期脆裂。
中小型熱鍛模具的表面溫度可達≥600°C , 該鋼是根據(jù)形成合金碳化物所需的碳量,對 2Cr3Mo3VNb 鋼做進一步成分調(diào)整而來的。鋼中加入了質(zhì)量分數(shù)為 3% 的鉬, 既能提高鋼的淬透性, 防止出現(xiàn)回火脆性, 又能提高鋼的熱穩(wěn)定性。加入釩和鈮則可起到細化晶粒、降低鋼的過熱敏感性的作用。
該鋼的淬透性高. 淬火加熱溫度范圍寬, 過熱敏感性低, 具有高溫強度高和熱穩(wěn)定性、塑性韌性、冷熱疲勞性、熱磨損性能好等優(yōu)點。
(2) 供貨狀態(tài)：退火態(tài)
(3)化學成分：該鋼化學戒分 (質(zhì)量分數(shù))：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) 參考對應牌號：美國 AISI 標準牌號 H10、俄羅斯ΓOCT 標準牌號 3X3M3φ、中國標準牌號3Cr3Mo3VNb。
(5) 物理性能 1) 臨界點溫度 Ac1=825°C、Ar1 =734°C、 Ac3 =920°C 、 Ar3 =810°C、Ms=355°C。 2) 線脹系數(shù) (室溫到600°C):11.9×10-6K-1 3) 熱導率= 31.8W/(m•K)。
(6) 熱加工規(guī)范：開始溫度1120~1150°C,終止溫度≥850°C, 灰冷或堆冷, 冷卻后需及時退火。
(7) 普通退火規(guī)范：退火溫度 (860±10)°C, 保溫2~3h, 降溫到 (710±10)°C, 保溫4~6h,爐冷到≤550°C, 出爐空冷。
(8) 普通球化退火規(guī)范：860~900°C ×2~3h 爐冷, 700~730°C ×3 ~5h 等溫, 爐冷至≤550°C, 出爐空泠,硬度 180 ~190HBW。
(9) 快速球化退火規(guī)范：退火溫度 1030°C, 保溫時間 20s/mm, 油冷, 隨后加熱至 800~850°C, 保溫時間1~2min/mm, 待到溫度均熱后, 隨即爐冷, 降至≤550°C, 出爐空冷, 退火硬度180~200HBW
(10)淬火、回火規(guī)范 淬火溫度950~1000°C,硬度46~50HRC, 晶粒度為 10~11級。 回火溫度 500~580°C, 呈現(xiàn)析出硬化效應, 硬度比淬火態(tài)高1 ~1.5HRC。回火溫度 450 ~650°C , 硬度 42 ~48HRC。
(11) 強韌化處理：加熱至 1080°C, ω(NaCl) =10%水溶液淬火, 560°C×2h ×2 次回火。鹽水淬火代替常規(guī)油冷, 可抑制貝氏體組織的形成, 得到單一馬氏體組織, 使其具有更好的熱疲勞性能。
