TAG:HM3模具鋼是什么材料，HM3熱作模具鋼是什么材料

        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(diǎn)HM3模具鋼是執(zhí)行美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的材料，具有優(yōu)秀的機(jī)械性能和可加工性。

        (1) 材料的特性：3Cr3Mo3VNb 鋼代號(hào)為 HM3, 屬過(guò)共析鋼, 是中碳鉻系高強(qiáng)韌性熱作模具鋼。該鋼是參照美國(guó) AISI標(biāo)準(zhǔn) H10 鋼和俄羅斯ΓOCT標(biāo)準(zhǔn)3X3M3φ鋼的改進(jìn)型鋼種, 與 HM1 鋼相類(lèi)似。我國(guó)早在 20 世紀(jì) 80 年代, 已列入原航空部標(biāo)準(zhǔn)中。
 

        該鋼具有降低加熱時(shí)的過(guò)熱敏感性, 高溫強(qiáng)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?xún)?yōu)良等特點(diǎn), 在鍛態(tài)和正火空冷狀態(tài)時(shí), 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?jǐn)?shù)為 5% ~18% 和碳化物的體積分?jǐn)?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?jǐn)?shù)為 4% 的 W, 使鋼的高溫強(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。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(xì)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(qiáng)度可達(dá)到 1000MPa, 700°C時(shí)可達(dá) 700MPa。在析出硬化區(qū)前回火時(shí), 有較高的平面應(yīng)變斷裂韌度。
 

        該鋼模具在預(yù)熱至≥150°C使用時(shí), 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(dá)≥600°C , 該鋼是根據(jù)形成合金碳化物所需的碳量,對(duì) 2Cr3Mo3VNb 鋼做進(jìn)一步成分調(diào)整而來(lái)的。鋼中加入了質(zhì)量分?jǐn)?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(xì)化晶粒、降低鋼的過(guò)熱敏感性的作用。
 

        該鋼的淬透性高. 淬火加熱溫度范圍寬, 過(guò)熱敏感性低, 具有高溫強(qiáng)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(diǎn)。
 

        (2) 供貨狀態(tài)：退火態(tài)

 
        (3)化學(xué)成分：該鋼化學(xué)戒分 (質(zhì)量分?jǐn)?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(duì)應(yīng)牌號(hào)：美國(guó) AISI 標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào) H10、俄羅斯ΓOCT 標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào) 3X3M3φ、中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)3Cr3Mo3VNb。

        (5) 物理性能
             1) 臨界點(diǎn)溫度 Ac1=825°C、Ar1 =734°C、 Ac3 =920°C 、 Ar3 =810°C、Ms=355°C。
             2) 線(xiàn)脹系數(shù) (室溫到600°C):11.9×10-6K-1
             3) 熱導(dǎo)率= 31.8W/(m•K)。
 

        (6) 熱加工規(guī)范：開(kāi)始溫度1120~1150°C,終止溫度≥850°C, 灰冷或堆冷, 冷卻后需及時(shí)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(shí)間 20s/mm, 油冷, 隨后加熱至 800~850°C, 保溫時(shí)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(jí)。
              回火溫度 500~580°C, 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°C , 硬度 42 ~48HRC。
 

         (11) 強(qiáng)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。

         (12) 離子滲氮處理、淬火、回火規(guī)范：滲氮溫度460°C/530°C/580°C/640°C, 保持時(shí)間 10h, 離子滲氮層深度 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.。淬火溫度 1080°C, 油冷, 硬度 48.5HRC, 回火溫度 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) 典型應(yīng)用舉例
               1) 連桿輥鍛成形模。由干連桿輥鍛成形模具尺寸大,工作條件惡劣,所以模具磨損、熱疲勞、塌陷、斷裂失效現(xiàn)象非常嚴(yán).HM3鋼制作的輥鍛模可消除上述缺陷,使用壽命達(dá)到1.9萬(wàn)件。
               2) 在實(shí)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的使用壽命比3Cr2W8V 鋼提高到4 ~7倍。
               4)在鍛模模具上, 該鋼的使用壽命與 H13 鋼相比, 同樣可以大幅度提高, 一般可達(dá) H13 鋼的兩倍左右。
               5)采用該鋼制作的生產(chǎn)無(wú)縫鋼管頂?shù)氖褂脡勖?3Cr2W8V 的兩部, 是 H13 鋼的 3倍。
               6) 適用于制作非鐵金屬壓鑄模、耐熱不銹鋼及高強(qiáng)度材料鍛壓成形模等, 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、高溫合金成形用模具。
               9) 用于 GCr15 鋼軸承環(huán)套圈熱鍛成形凹模。在用 5CrNiMo鋼、 3Cr2W8V鋼和GCr15 鋼制作時(shí), 常呈現(xiàn)有劇烈磨損、熱疲勞、熱裂、截面過(guò)渡處塌陷變形等現(xiàn)象,使用壽命僅 1000 ~3000 件。改用 HM3 鋼制作后, 使用壽命提高到1萬(wàn)~3萬(wàn)件, 一股使用到 8000 件后方出現(xiàn)輕徵的熱疲勞和熱裂現(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1000件;使用中易產(chǎn)生磨損、塌陷、型腔脹大、尺寸超差、開(kāi)裂等早期嚴(yán)重失效現(xiàn)象。應(yīng)用 HM3 鋼制作這類(lèi)模具后, 使用壽命分別比 5CrNiMo鋼和 4Cr5W2VSI 鋼提高 5 ~10倍和 2 ~5 倍。
             11) 用于整體淬硬型塑料模具。本文摘自模具鋼專(zhuān)業(yè)供應(yīng)商—昆山市龍拓金屬制品有限公司(www.aperhaps.com) 05月17日訊。

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