5.9 3Cr3Mo3W2V、3Cr3Mo3VNb钢
5.9.1 3Cr3Mo3W2V钢
1.性能特点
3Cr3Mo3W2V（HM1）钢是由北京机电研究所、首钢特种钢公司研制的热作模具钢，其冷加工及热加工性能良好；淬火及回火温度带较宽；具有较高的热强性、疲劳性能，又具有良好的耐磨性和耐回火性等，是综合性能优良的高强韧性热作模具钢；工作温度在700℃以上，通用性强。该钢是目前国内研制的工艺性好，使用面广，具有广阔应用前景的新钢种之一。
2.化学成分、临界点及对应牌号（见表5-67）
表5-67 3Cr3Mo3W2V钢的化学成分及临界点
3.热处理工艺（见表5-68）
表5-68 3Cr3Mo3W2V钢热处理工艺
4.力学性能
不同温度回火后的力学性能见图5-48，高温抗拉和冲击性能见图5-49。
图5-483Cr3Mo3W2V钢不同温度回火后的力学性能
注：1050℃油淬。
图5-49 3Cr3Mo3W2V钢高温抗拉和冲击性能
注：1050℃油淬，600℃回火。
5.应用
1）适用于高温、高负荷、急冷急热条件下的压力机锻模、轴承热锻凹模。
2）适用于高强度和高热强钢的精密锻造模。
3）适用于铝和铜合金压铸模、热挤压模具等，寿命比3Cr2W8V钢提高1～4倍。
4）适合于制作在高温、高速、高负荷、急冷急热条件下工作的模具，其性能优于4Cr5MoSiV1和3Cr2W8V钢，模具寿命比3Cr2W8V钢提高2～3倍。
5）3Cr3Mo3W2V钢制热挤压模盐浴淬火：轴承套圈毛坯热挤压-扩孔自动生产线用模，盐浴淬火工艺为：500℃+800℃两次预热，1100～1130℃加热，油淬，620～650℃×2h×2次回火，硬度为46～51HRC。
6）3Cr3Mo3W2V钢制连杆辊锻成形模盐浴淬火：600℃+800℃两次预热，1030～1040℃加热，油淬，630～640℃×3～4h×2次回火，硬度为52～54HRC。
7）3Cr3Mo3W2V钢制热剪切刀片盐浴淬火工艺：热剪切刀片外形尺寸为280mm×220mm×70mm，600℃+850℃两次预热，1150℃油淬，为防止开裂，油冷至200℃左右出油立即回火，640℃×2h+620℃×2h回火后空冷，硬度为43～45HRC。
8）3Cr3Mo3W2V钢制热锻模盐浴淬火：锻坯经正火、球化退火处理，600℃+850℃两次预热，1080～1130℃加热，油冷至200℃左右出油空冷，620～650℃×2h×2回火，硬度为46～51HRC。成品模具经560～580℃离子渗氮或氮碳共渗处理。
9）3Cr3Mo3W2V钢制齿轮毛坯热冲头双重强韧化处理：热冲头改锻成形时，在达到要求的尺寸后，采用热锻固溶处理，1080℃油淬，720℃高温回火，可在基体中析出高度弥散的合金碳化物。选用1060℃的淬火温度，可使M6C型碳化物溶入到基体中，提高奥氏体的合金度；300℃等温淬火，640℃回火。硬度为44～48HRC。
5.9.2 3Cr3Mo3VNb钢
1.性能特点
3Cr3Mo3VNb（HM3）钢属过共析钢，为中碳铬系高强韧性热作模具钢，是参照美国和前苏联有关钢种的改进型钢种，我国早在20世纪80年代就已列入航空部的材料标准中。
该钢具有降低加热时的过热敏感性、高温强度高、热稳定性高、塑性韧性高、冷热疲劳性好和耐热磨损性能优良的优点，在锻态和正火空冷状态，易形成贝氏体组织，在淬火态可得到板条马氏体组织，并随着淬火加热温度和冷却条件的不同，含有5%～18%（体积分数）残留奥氏体和1%～3%的碳化物。钢中的碳化物在退火态时为M6C、M4C3和NbC，在淬火态为M2C、V4C3、NbC。大截面含铌钢模具在缓慢冷速下，有形成晶界链状碳化物的倾向。
钢中除Cr、Mo、V碳化物形成元素外，又加入微量的铌，使钢的高温强度和热稳定性有了进一步提高，是中碳铬系热作模具钢中高温强度较高、热稳定性较好的钢种，该钢还具有较好的冷热疲劳性能。
模具在预热至≥150℃使用时，可显著提高冲击韧度，防止模具早期脆裂。
2.化学成分、临界点及对应牌号（见表5-69）
表5-69 3Cr3Mo3VNb钢的化学成分、临界点及对应牌号
3.热处理工艺（见表5-70）
表5-70 3Cr3Mo3VNb钢热处理工艺
（续）
4.力学性能
3Cr3Mo3VNb钢经1080℃加热、油淬后硬度为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，峰值稍高于淬火硬度值，但断裂韧度在低谷值，因此回火温度不宜低于550℃。3Cr3Mo3VNb钢的室温力学性能和高温力学性能分别见表5-71、表5-72。
表5-71 3Cr3Mo3VNb钢的室温力学性能
注：回火温度为600℃、570℃，二次回火。
表5-72 3Cr3Mo3VNb钢的高温力学性能
注：1080℃油淬，600℃回火。
5.应用
1）3Cr3Mo3VNb钢制连杆成形辊锻模：该模具尺寸大，工作条件恶劣，磨损、热疲劳、塌陷、断裂失效现象非常严重。3Cr3Mo3VNb钢制的辊锻模盐浴淬火后再离子渗氮，可减轻或消除上述缺陷，寿命达到1.9万件的高水平。
2）用于GCr15钢轴承套圈热锻成形凹模：在用5CrNiMo、3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1等钢制模时，常出现有剧烈磨损、热疲劳、热裂、截面过渡处塌陷变形等情况，模具寿命仅0.1万～0.3万件，改用3Cr3Mo3VNb钢制模，使用寿命提高到1万～3万件。
3）用该钢制作的无缝钢管顶头的寿命是3Cr2W8V钢的2倍，是4Cr5MoSiV1钢的3倍。
4）用该钢制作有色金属压铸模、耐热不锈钢及高强度材料锻压成形模等。
5）3Cr3Mo3VNb钢制铝合金压铸模复合热处理：
①快速匀细球化退火工艺：550℃×1～2min/mm预热，1070℃×0.3～0.5min/mm加热，油淬，油冷至200℃左右出油空冷，860℃×1min/mm，炉冷至450℃出炉。与普通退火工艺相比，快速匀细球化退火具有球化组织均匀，碳化物颗粒匀细，退火后硬度低、易于切削加工，且可缩短退火周期1/3以上的优点。此外，还可节电20%，减少氧化脱碳50%以上。
②真空淬火+氮碳共渗：1219.2mm（48in）吊扇上下盖的铝合金压铸模采用上述工艺预处理后，加工成成品，进行真空淬火，再施以离子氮碳共渗处理，心部硬度为42HRC，表面硬度为1037HV，渗层深度为0.21mm。
6）3Cr3Mo3VNb钢热挤压模盐浴淬火性能，优于现有的其他热作模具钢。盐浴淬火工艺为：1060℃加热，油淬，630℃×3h+570℃×3h两次回火，硬度为43～44HRC。