国产新型热作模具钢-HD(4Cr3Mo2NiVNb)力学性能

hd(4cr3mo2nivnb)钢是一种 高耐热热作模具钢 。 hd 钢是在瑞典乌德霍姆 uddeholm 工具钢 uhb qro80 钢的基础上研制而成的新型热作模具钢， hd(4cr3mo2nivnb) 钢的使用寿命比 3cr2w8v 钢有显著提高。
hd(4cr3mo2nivnb)钢的化学成分：见表1.
表1  hd钢化学成分（质量百分数，%）
c
si
mn
cr
mo
ni
v
nb
p
s

0.35~0.45
≤0.35
≤0.40
2.50~3.00
1.80~2.20
0.80~1.20
1.00~1.40
0.10~0.25
≤0.030
≤0.030

hd(4cr3mo2nivnb)钢的特性及应用：
hd(4cr3mo2nivnb)钢是为了适应700℃左右工作温度而研制的新型热作模具钢。hd钢是在4cr3mo3v钢的基础上，通过降低mo、v含量，加入质量分数为1%ni和0.15%nb，提高了钢的室温和高温韧性及热稳定性，在700℃仍可以保持40hrc的硬度。在硬度相同条件下，hd钢比3cr2w8v钢的断裂韧度高50%，700℃高温时抗拉强度高70%、冷热疲劳抗力和热磨损性能分别高出1倍和50%。hd(4cr3mo2nivnb)钢用于黑色及有色金属热挤压模，使用寿命比3cr2w8v钢有显著提高。
hd2(4cr3mo3nivnbb)钢是hd(4cr3mo2nivnb)钢的改进型，在保持hd钢高强度的基础上，进一步提高了韧性，适用于加工铜管热挤压模的穿孔针。
hd(4cr3mo2nivnb)钢的临界点：
ac1≈770℃，ms≈320℃.
hd(4cr3mo2nivnb)钢的热加工：
hd(4cr3mo2nivnb)钢的锻造工艺规范见表2.
表2  hd钢锻造工艺规范
加热温度/℃
始锻温度/℃
终锻温度/℃
冷却方式

1100~1150
1000~1050
≥850
缓冷

hd(4cr3mo2nivnb)钢的热处理工艺：
⒈预备热处理（退火）：加热温度为840~860℃，保温4h，炉冷到550℃以下出炉空冷。
⒉淬火及回火：淬火温度为1130℃，油冷，硬度为53.5hrc。回火温度为650~700℃，硬度40~47hrc。表3为淬火温度与硬度、晶粒度的关系。hd钢与3cr2w8v钢在不同温度回火时的硬度值对比见表4。
表3  hd淬火温度与硬度、晶粒度的关系
淬火温度/℃
1050
1100
1130
1160
1180
1200

硬度/hrc
50.5
53.5
53.5
56.0
56.0
56.5

晶粒度/级
-
11
10
8~9
7~8
7~8

表4  hd钢与3cr2w8v钢在不同温度回火时的硬度值对比
回火温度/℃
300
400
500
530
560
590
620
650
700

hd钢
52.5
52.0
52.5
53.5
54.0
53.8
51.2
47.0
41.0

3cr2w8v
51.0
51.0
51.4
52.3
51.5
51.8
50.0
46.0
34.0

注：淬火温度1130℃。
hd(4cr3mo2nivnb)钢的力学性能：
hd钢与3cr2w8v钢的室温力学性能对比见表5；
hd钢与3cr2w8v钢的高温力学性能对比见表6。
表5  hd钢与3cr2w8v钢的室温力学性能对比
热处理工艺
σ0.2/mpa
ψ（%）
αk/j•cm-2

hd
3cr2w8v
hd
3cr2w8v
hd
3cr2w8v

1130℃淬火，650℃回火。
1633
1463
32.4
41.8
38.8
-

1130℃淬火，700℃回火。
1165
952
45.7
41.9
48.8
-

表6  hd钢与3cr2w8v钢的高温力学性能对比
试验温度
σ0.2/mpa
ψ（%）
αk/j•cm-2

hd
3cr2w8v
hd
3cr2w8v
hd
3cr2w8v

650℃
1633
1463
32.4
41.8
38.8
-

700℃
1165
952
45.7
41.9
48.8
-

注：αk值中分母为硬度值（hrc）
hd(4cr3mo2nivnb)钢的实际应用：
在相同的硬度条件下，hd(4cr3mo2nivnb)钢比3cr2w8v钢的断裂韧度高50%，700℃高温短时抗拉强度高70%，冷疲劳抗力和热磨损性能分别高出1倍和50%。hd钢应用于钢质药管热挤压凸模、铜合金管材挤压底磨和穿孔针，热挤压轴承环凸模和凹模、气门挤压底磨等模具，实用寿命比3cr2w8v钢提高，hd(4cr3mo2nivnb)钢的实际应用效果见表7.
表7  hd钢应用效果（与3cr2w8v钢的寿命对比）
模具名称
产品材料
hd钢寿命/支
3cr2w8v寿命/支

铜管挤压底模
70-1锡黄铜
420
150左右

铜管挤压底模
10-1-1铁白铜
59
25左右

热挤压凸模
低碳钢
420
150左右

穿孔针
70-1锡黄铜
240
120

挤压底模
4cr9si2
2500
150左右

218轴承凸模
gcr15
10000
-

218轴承凹模
gcr15
11000还可用
-

东莞市弘超模具科技有限公司销售的同系列进口高品质热作模具钢钢种牌号：日本大同高寿命热作模具钢dh31-s、dh31-ex、基体高速钢drm1、drm2、drm3等；瑞典乌德霍姆uddeholm高韧性高耐热热作模具钢dievar、hotvar、qro90 supreme等。
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