HM-3热作模具钢全面技术资料介绍

HM-3热作模具钢全面技术资料介绍

HM-3（国内牌号3Cr3Mo3VNb）是一种高强韧性热作模具钢，结合我国资源条件研发而成，广泛应用于高温、高压、高磨损的模具制造领域。其优异的耐热性、耐磨性和抗疲劳性能使其成为替代传统钢种（如3Cr2W8V、5CrNiMo）的理想选择。以下从化学成分、供应形式、热处理工艺、机械性能、物理性能、材料优势及应用领域等方面进行全面分析。

一、化学成分分析

HM-3钢的化学成分设计以低碳为基础，通过添加多种合金元素实现综合性能优化，具体成分如下（质量分数%）138：

• 碳（C）：0.24~0.40%（不同来源略有差异，部分文献上限为0.33%）
• 铬（Cr）：2.6~3.2%
• 钼（Mo）：2.7~3.2%
• 钒（V）：0.6~1.2%
• 铌（Nb）：0.08~0.15%（部分文献上限为0.30%）
• 硅（Si）：≤0.60%
• 锰（Mn）：≤0.50%
• 磷（P）、硫（S）：≤0.03%

关键元素作用：

• 铌（Nb）：细化晶粒，提升回火稳定性和高温强度，抑制过热敏感性17。
• 钼（Mo）和钒（V）：增强热强性和耐磨性，形成碳化物提高硬度36。
• 低C设计：平衡韧性与硬度，减少碳化物偏析，改善抗热疲劳性能68。

二、供应形式

HM-3钢的常见供应形式包括：

1. 线材：用于精密模具的局部补强或特殊成型需求。
2. 锻件：通过热锻工艺制成复杂形状模具，如连杆辊锻模、轴承套圈毛坯挤压模17。
3. 板材：适用于大型模具的平面结构件，如压铸模底座。
4. 圆钢：广泛用于制造模具芯轴、模芯等圆柱形部件8。加工前需进行球化退火，确保组织均匀性，典型退火硬度为180~200HBS35。

三、热处理工艺

HM-3钢的热处理工艺直接影响其最终性能，关键步骤如下：

1. 球化退火：

• 普通退火：860~900℃保温2~3小时，炉冷至700~730℃等温3~5小时，最终空冷至550℃以下3。
• 快速退火：1030℃加热后油淬，随后800~850℃二次加热并缓冷，退火后硬度180~200HBS3。

1. 淬火：

• 温度范围：950~1020℃，推荐1000~1020℃以获得板条状马氏体组织38。
• 冷却介质：油冷或气冷，淬火后硬度46~50HRC38。

1. 回火：

• 温度范围：500~580℃（析出硬化区），硬度可提升1~1.5HRC；450~650℃回火后硬度42~48HRC3。
• 二次硬化效应：在500~580℃回火时，碳化物析出显著提高热稳定性和耐磨性17。

四、机械性能

HM-3钢在室温和高温下的机械性能表现如下：

• 室温性能：
• 屈服强度（σy）≥1080 MPa
• 抗拉强度（σb）≥1300 MPa
• 延伸率（δ5）≥10%
• 冲击韧性（Akv）≥25 J/cm²（-20℃）8
• 高温性能：
• 600℃：抗拉强度达1000 MPa
• 700℃：抗拉强度仍保持700 MPa36。
• 耐磨性：硬度40~45HRC，摩擦系数0.30~0.35，显著优于传统钢种8。

五、物理性能

• 临界点温度：
• Ac1（加热时奥氏体开始形成）：734℃
• Ac3（奥氏体完全形成）：825℃
• Ms（马氏体转变起始温度）：355℃3。
• 密度：7.807 g/cm³（C含量0.25%时）3。
• 热导率：26.3 W/(m·K)（100℃）8。
• 线膨胀系数：11.2×10⁻⁶/℃（20~100℃）8。

六、材料优势

1. 高温性能卓越：在600~700℃下仍保持高强度，热稳定性优于H13和3Cr2W8V钢16。
2. 抗热疲劳性强：耐冷热循环性能优异，减少模具开裂风险37。
3. 寿命显著提升：相比3Cr2W8V钢，模具寿命提高2~10倍，尤其适用于不锈钢、高温合金成形模具17。
4. 加工性能优异：良好的可塑性和磨削性，适合复杂模具制造45。
5. 经济性高：国产化设计降低合金成本，替代进口钢种性价比突出6。

七、应用领域

HM-3钢广泛应用于以下领域：

1. 汽车制造：发动机连杆辊锻模、高强钢精锻模。
2. 航空航天：高温合金精密锻造模具。
3. 电子电器：铝合金压铸模、塑料注塑模。
4. 医疗器械：耐腐蚀精密成形模具。
5. 通用机械：轴承套圈热挤压模、小型机锻模147。

典型应用案例包括铝合金压铸模寿命提升3~5倍，不锈钢热锻模寿命提高2~4倍78。

总结

HM-3钢凭借其优化的化学成分、卓越的高温性能及广泛的供应形式，成为热作模具钢领域的革新者。其热处理工艺灵活，机械与物理性能均衡，尤其适用于高负荷、急冷急热工况下的模具制造。未来随着制造业对高效长寿命模具的需求增长，HM-3钢的应用前景将更加广阔。如需进一步了解详细技术参数或加工案例，可参考相关企业技术手册或行业标准（如HB5137-1980）