5.9 3Cr3Mo3W2V、3Cr3Mo3VNb鋼

5.9.1 3Cr3Mo3W2V鋼

1.性能特點

3Cr3Mo3W2V（HM1）鋼是由北京機電研究所、首鋼特種鋼公司研制的熱作模具鋼，其冷加工及熱加工性能良好；淬火及回火溫度帶較寬；具有較高的熱強性、疲勞性能，又具有良好的耐磨性和耐回火性等，是綜合性能優(yōu)良的高強韌性熱作模具鋼；工作溫度在700℃以上，通用性強。該鋼是目前國內研制的工藝性好，使用面廣，具有廣闊應用前景的新鋼種之一。

2.化學成分、臨界點及對應牌號（見表5-67）

表5-67 3Cr3Mo3W2V鋼的化學成分及臨界點

3.熱處理工藝（見表5-68）

表5-68 3Cr3Mo3W2V鋼熱處理工藝

4.力學性能

不同溫度回火后的力學性能見圖5-48，高溫抗拉和沖擊性能見圖5-49。

圖5-483Cr3Mo3W2V鋼不同溫度回火后的力學性能

注：1050℃油淬。

圖5-49 3Cr3Mo3W2V鋼高溫抗拉和沖擊性能

注：1050℃油淬，600℃回火。

5.應用

1）適用于高溫、高負荷、急冷急熱條件下的壓力機鍛模、軸承熱鍛凹模。

2）適用于高強度和高熱強鋼的精密鍛造模。

3）適用于鋁和銅合金壓鑄模、熱擠壓模具等，壽命比3Cr2W8V鋼提高1～4倍。

4）適合于制作在高溫、高速、高負荷、急冷急熱條件下工作的模具，其性能優(yōu)于4Cr5MoSiV1和3Cr2W8V鋼，模具壽命比3Cr2W8V鋼提高2～3倍。

5）3Cr3Mo3W2V鋼制熱擠壓模鹽浴淬火：軸承套圈毛坯熱擠壓-擴孔自動生產(chǎn)線用模，鹽浴淬火工藝為：500℃+800℃兩次預熱，1100～1130℃加熱，油淬，620～650℃×2h×2次回火，硬度為46～51HRC。

6）3Cr3Mo3W2V鋼制連桿輥鍛成形模鹽浴淬火：600℃+800℃兩次預熱，1030～1040℃加熱，油淬，630～640℃×3～4h×2次回火，硬度為52～54HRC。

7）3Cr3Mo3W2V鋼制熱剪切刀片鹽浴淬火工藝：熱剪切刀片外形尺寸為280mm×220mm×70mm，600℃+850℃兩次預熱，1150℃油淬，為防止開裂，油冷至200℃左右出油立即回火，640℃×2h+620℃×2h回火后空冷，硬度為43～45HRC。

8）3Cr3Mo3W2V鋼制熱鍛模鹽浴淬火：鍛坯經(jīng)正火、球化退火處理，600℃+850℃兩次預熱，1080～1130℃加熱，油冷至200℃左右出油空冷，620～650℃×2h×2回火，硬度為46～51HRC。成品模具經(jīng)560～580℃離子滲氮或氮碳共滲處理。

9）3Cr3Mo3W2V鋼制齒輪毛坯熱沖頭雙重強韌化處理：熱沖頭改鍛成形時，在達到要求的尺寸后，采用熱鍛固溶處理，1080℃油淬，720℃高溫回火，可在基體中析出高度彌散的合金碳化物。選用1060℃的淬火溫度，可使M₆C型碳化物溶入到基體中，提高奧氏體的合金度；300℃等溫淬火，640℃回火。硬度為44～48HRC。

5.9.2 3Cr3Mo3VNb鋼

1.性能特點

3Cr3Mo3VNb（HM3）鋼屬過共析鋼，為中碳鉻系高強韌性熱作模具鋼，是參照美國和前蘇聯(lián)有關鋼種的改進型鋼種，我國早在20世紀80年代就已列入航空部的材料標準中。

該鋼具有降低加熱時的過熱敏感性、高溫強度高、熱穩(wěn)定性高、塑性韌性高、冷熱疲勞性好和耐熱磨損性能優(yōu)良的優(yōu)點，在鍛態(tài)和正火空冷狀態(tài)，易形成貝氏體組織，在淬火態(tài)可得到板條馬氏體組織，并隨著淬火加熱溫度和冷卻條件的不同，含有5%～18%（體積分數(shù)）殘留奧氏體和1%～3%的碳化物。鋼中的碳化物在退火態(tài)時為M₆C、M₄C₃和NbC，在淬火態(tài)為M₂C、V₄C₃、NbC。大截面含鈮鋼模具在緩慢冷速下，有形成晶界鏈狀碳化物的傾向。

鋼中除Cr、Mo、V碳化物形成元素外，又加入微量的鈮，使鋼的高溫強度和熱穩(wěn)定性有了進一步提高，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，該鋼還具有較好的冷熱疲勞性能。

模具在預熱至≥150℃使用時，可顯著提高沖擊韌度，防止模具早期脆裂。

2.化學成分、臨界點及對應牌號（見表5-69）

表5-69 3Cr3Mo3VNb鋼的化學成分、臨界點及對應牌號

3.熱處理工藝（見表5-70）

表5-70 3Cr3Mo3VNb鋼熱處理工藝

（續(xù)）

4.力學性能

3Cr3Mo3VNb鋼經(jīng)1080℃加熱、油淬后硬度為48.5HRC，殘留奧氏體的體積分數(shù)為9.2%。由于回火時析出M₂C、V₄C₃、NbC等彌散碳化物以及殘留奧氏體的轉變，在550℃左右回火時出現(xiàn)二次硬化峰，峰值稍高于淬火硬度值，但斷裂韌度在低谷值，因此回火溫度不宜低于550℃。3Cr3Mo3VNb鋼的室溫力學性能和高溫力學性能分別見表5-71、表5-72。

表5-71 3Cr3Mo3VNb鋼的室溫力學性能

注：回火溫度為600℃、570℃，二次回火。

表5-72 3Cr3Mo3VNb鋼的高溫力學性能

注：1080℃油淬，600℃回火。

5.應用

1）3Cr3Mo3VNb鋼制連桿成形輥鍛模：該模具尺寸大，工作條件惡劣，磨損、熱疲勞、塌陷、斷裂失效現(xiàn)象非常嚴重。3Cr3Mo3VNb鋼制的輥鍛模鹽浴淬火后再離子滲氮，可減輕或消除上述缺陷，壽命達到1.9萬件的高水平。

2）用于GCr15鋼軸承套圈熱鍛成形凹模：在用5CrNiMo、3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1等鋼制模時，常出現(xiàn)有劇烈磨損、熱疲勞、熱裂、截面過渡處塌陷變形等情況，模具壽命僅0.1萬～0.3萬件，改用3Cr3Mo3VNb鋼制模，使用壽命提高到1萬～3萬件。

3）用該鋼制作的無縫鋼管頂頭的壽命是3Cr2W8V鋼的2倍，是4Cr5MoSiV1鋼的3倍。

4）用該鋼制作有色金屬壓鑄模、耐熱不銹鋼及高強度材料鍛壓成形模等。

5）3Cr3Mo3VNb鋼制鋁合金壓鑄模復合熱處理：

①快速勻細球化退火工藝：550℃×1～2min/mm預熱，1070℃×0.3～0.5min/mm加熱，油淬，油冷至200℃左右出油空冷，860℃×1min/mm，爐冷至450℃出爐。與普通退火工藝相比，快速勻細球化退火具有球化組織均勻，碳化物顆粒勻細，退火后硬度低、易于切削加工，且可縮短退火周期1/3以上的優(yōu)點。此外，還可節(jié)電20%，減少氧化脫碳50%以上。

②真空淬火+氮碳共滲：1219.2mm（48in）吊扇上下蓋的鋁合金壓鑄模采用上述工藝預處理后，加工成成品，進行真空淬火，再施以離子氮碳共滲處理，心部硬度為42HRC，表面硬度為1037HV，滲層深度為0.21mm。

6）3Cr3Mo3VNb鋼熱擠壓模鹽浴淬火性能，優(yōu)于現(xiàn)有的其他熱作模具鋼。鹽浴淬火工藝為：1060℃加熱，油淬，630℃×3h+570℃×3h兩次回火，硬度為43～44HRC。