HM3论文.doc

南方，你穿着黑衣裳走向天那些寂寞的花朵黑的花朵你是天鹅船唯一的花朵/sogou?query=%E8%AF%97%E6%AD%8C&pid=AQg4A3Cr3Mo3VNb钢与H13等常用热作模具钢性能及使用效果对比重庆迪阳机械制造有限公司 熊国锋摘要：3Cr3Mo3VNb钢其高温强度、热稳定性、耐冷热疲劳以及韧性等综合性能，无论是在试验数据上还是实际应用效果上均优于H13和3Cr2W8V钢，是它们理想的替代产品。一、引言 在我国的常用热作模具钢中，最普遍使用的有5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2W8V和4Cr5MoSiV1（简称H13）。在这四种模具钢中，后两种属高一层次的热作模具钢。但在我国国内还有一种被称之为3Cr3Mo3VNb的超高强韧性的热作模具钢，它在较高工作温度状态下，其高温强度、韧性、热稳定性和耐冷热疲劳等综合性能，以及生产实践应用效果均优于目前国标上任何一种热作模具钢。3Cr3Mo3VNb钢虽还未被列入国标，但它早在1980年就荣获航空工业部科技成果一等奖和国家国防科工委重大技术进步二等奖，同年又被列入航空部标准中。从1978年至今，3Cr3Mo3VNb的生产和应用至今从未中断过，它的优异性能和良好使用效果正逐步越来越被人们所认识。本文主要通过介绍3Cr3Mo3VNb钢和与世界广泛应用的H13钢的性能及应用效果进行对比，来展示3Cr3Mo3VNb钢的优越性能，同时也自然涉及到与5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2W8V钢的一些比较。二、3Cr3Mo3VNb钢 3Cr3Mo3VNb钢的化学成分见表1： %CCrMoVNbSiMnPS0.220.322.603.202.703.200.600.800.080.150.600.350.0300.030从3Cr3Mo3VNb钢的化学成分来看，它与H13、3Cr2W8V和5CrNiMo等相比有它独特的特点。首先它是属于Cr3-Mo3-V型高强韧性热作模具钢，它的钼含量是H13平均钼含量的2倍，此外H13纲等不含Nb ，Nb在3Cr3Mo3VNb纲中与碳形成稳定性很高的NbC化合物，不仅有抑制奥氏体晶粒长大，细化晶粒的作用，而且可以显著提高钢的热强性，也有助于提高基体的韧性。三、3Cr3Mo3VNb与H13等三种钢高温力学性能对比 表2是摘自机械工业出版社2001年出版的实用模具设计与制造手册第1331页的表14-77 表2：钢 号600650700b/mpas/mpa%b/mpas/mpa%b/mpas/mpa%5CrNiMo31326269.091.117714210196.199.076.0105.996.4H1394683420.572.96205562483.219816053.498.83Cr2W8V110495911.215.48087185.441536426.67.083Cr3Mo3VNb110492211.340.78557498.822.548944819.281.9从表2的高温力学性能中可以看出，在热作模具行腔工作温度下，3Cr3Mo3VNb的高温力学性能最好。在600时，H13的强度就已经明显不如3Cr3Mo3VNb；到了650和700时，3Cr3Mo3VNb钢的b和s分别是H13的2.5倍和2.8倍，如此巨大的差距足以说明3Cr3Mo3VNb钢的使用寿命能够高于H13的一个内在原因。四、3Cr3Mo3VNb与H13钢的热稳定性的比较表3仍然摘自实用模具设计与制造手册 表3 HRC 温度时间钢号62064024112411H1343.142.338.040.237.432.03Cr3Mo3VNb46.344.040.643.040.233.6从表3中可以看出，在620状态下以HRC44为标准。H13钢保持不了二个小时，而3Cr3Mo3VNb钢可以保持四个小时；当温度在640时，以HRC40为标准，H13也只能坚持2个小时，而3Cr3Mo3VNb钢仍可坚持2倍于H13钢的时间即4个小时。五、3Cr3Mo3VNb钢与5CrNiMo、4Cr5W2VSi冲击韧性的对比 对于锻模来说，冲击韧性是一个很重要的指标。到目前为止，我们还没有找到H13和3Cr3Mo3VNb钢冲击韧性的直接对比试验结果。但北京航空材料研究院曾对4Cr5W2VSi，5CrNiMo和3Cr3Mo3VNb钢的冲击韧性作过对比试验，数据见表4（三种试验材料的硬度均接近HRC50）。由于4Cr5W2VSi与4Cr5MoSiV1除W、Mo不同外。它们其余所含元素的品种及数量均完全一致，而W与Mo在热作模具钢中的作用又相同，所以这两种钢在其余各种性能与实际应用效果上也无大的差异。表4 ak：J.cm-2 温度钢号2002503003504003Cr3Mo3VNb9.1268.9482.5775.2279.144Cr5W2VSi14.6137.0738.2539.0340.015CrNiMo6.0822.1624.2222.5622.07由上表可见，三种材料的室温冲击韧性都很低，但在实际工作温度下（烤模预热温度250300）3Cr3Mo3VNb钢的冲击韧性显著提高，比4Cr5W2VSi高出一倍，比5CrNiMo钢高约2倍。所以3Cr3Mo3VNb钢制模具在使用时很少出现早期开裂现象。六 、应用实例(1) 中外合资广西邕生线材厂是一家专门生产铝合金管的工厂,其设备为英国产的康风连续挤压机,原来所采用的模具为美国产的H13钢,属随机所备的几套模具,该厂为了有可靠的模具供应和降低成本,努力寻求国产材料,在用过国产的3Cr2W8V和3Cr3Mo3VNb钢之后,在1990年元月就得出这三种模具钢的实践结果:见表(5)表(5)使用材料模具名称工作温度()挤压轮转速产量(吨)连续使用寿命(小时)失效形式H13(美国产)导料板380480 oC2025转/分584070磨损挤压轮380480 oC2025转/分15018012001500磨损,表面龟裂3Cr2W8V(国产)导料板380480 oC2025转/分12824严重磨损,断裂挤压轮380480 oC2025转/分6080480640表面龟裂3CrMo3VNb(国产)导料板380480 oC2025转/分1015100120磨损挤压轮380480 oC2025转/分300以上3600以上正常磨损由于采用国产3Cr3Mo3VNb钢不仅比进口H13的价格低的多,而且使用寿命又是进口H13钢的23倍,所以该厂至今一直采用3Cr3Mo3VNb钢制作模具。（2）铁道部宝鸡桥梁厂的一种主导产品钢轨道岔，是在3000吨压力机通过组合模具压制出来的，原来采用5CrMnMo钢制作锻压模具，由于被加热到1000多度的钢轨在压制过程中与模具接触时间较长，因而模具受热升温较快，模具容易早期软化塌陷而失效；如果采用冷却液对模具进行冷却，模具又容易龟裂失效。该厂在试用包括H13钢在内的其他材料后，结果均不理想。而采用3Cr3Mo3VNb钢制作模具后，模具寿命提高幅度从开始试验的2.5倍到以后的6倍，使该厂解脱了模具总是制约生产力的局面，从而能如期完成国家下达的铁路提速道岔任务，同时也大大降低了生产成本。（3）贵阳特殊钢厂是我国早期十大特钢厂之一，它们除了生产H13、3Cr2W8V、O12A1模具钢及其它品种外，钎钢产品在我国的市场占用份额为70%。在钎钢分厂锻造的锥形钎，风镐钎，整体钎的钎肩模具，原来为5CrMnMo钢制造，模具寿命不高，消耗量极大，模具制造往往赶不上生产的需求，制约钢钎产品的产量。该厂在试用过H13、3CrW8V、O12A1等多种材料后，最后发现3Cr3Mo3VNb钢是他们最理想的钎钢模具，使用寿命比5CrMnMo提高6倍以上。同样是该厂的无缝钢管厂，在生产某型号无缝钢管时，穿孔顶头模具寿命用3CrW8V可穿150支，采用H13钢只能穿100支，而采用3CrMo3VNb钢制穿孔顶头可穿300支，其使用寿命是它们的23倍。（4）湖北二汽襄樊车桥厂是专门生产载重汽车后桥的厂家，其后桥桥壳是把厚钢板在2000吨压力机上锻压成型的，桥壳模具是属于组合模具，装配在上下模套内，每副模具用热模钢坯料2000多公斤，原采用5CrNiMo钢制作模具。该厂从2002年7月开始采用首套3Cr3Mo3VNb钢制作模具锻压桥壳，很快他们发现这种模具钢高温强度保持很好，韧性也高，耐冷热疲劳不易龟裂。模具上机压制数千到近万件桥壳后，在模具表面只有少量的部位需风动沙轮轻微修光一下就可继续使用。当初在考虑这种模具的使用条件时，我们将模具的硬度控制在HRC4左右，首套3CrMo3VNb钢模具在寿命达到十万件后，该厂对这套模具进行第一次型面下落的大修，由于硬度不高，型面大修只需直接上机床精加工即可，不需经过退火粗加工淬回火精加工这一繁杂费工费时费钱的程序，襄樊丰桥厂从2002年四季度就已经决定所有的桥壳模具全部采用3Cr3Mo3VNb钢，该厂仅这一台锻压设备每年就可节约模具费用60万元以上。（5）早在70年代末，贵州安顺虹山轴承厂用3Cr3Mo3VNb钢制作锻造307轴承外环的模具，无论是成型阴模，还是成型阳模，在急冷急热的条件下，锻造GCr15时，寿命在1400019000之间，寿命是3CrW8的58倍。南昌航空工业学院用3Cr3Mo3VNb钢制作冲头生产35#钢轴承内环时，其使用寿命达28000件，超过3CrW8V的14倍。（6）在汽车部件锻件锻造行业中，浙江台州瑞格机电工业有限公司和重庆超强机械有限公司，这两家民营企业在尝到3Cr3Mo3VNb钢制作锻模的甜头后，丢弃原来的H13钢不用，期望得到3Cr3Mo3VNb钢模块的永久供应。（7）中日合资的唐山爱信齿轮公司也曾试用过日本产的模具钢，但在首次使用180Kg3Cr3Mo3VNb钢后，该公司的日本田中常务副总经理在专题会上决定，全面采用3Cr3Mo3VNb钢。第二批订货该公司一次订货量就超过7000kg。（8）在航空锻造领域里，飞机发动机上的零件大量采用高温镍基合金钢，钛合金钢一类新材料，由于这类材料高温强度大，在锻造温度范围内变形抗力大，在锻压设备上要通过模具将它们锻造成型，也是硬碰硬。西安飞机发动机厂和沈阳飞机发动机厂在锻造这类材料时，常出现一付模具只能生产几十件就彻底报废。而贵州安大航空锻造公司，自1978年以来，3Cr3Mo3VNb这种模具钢为该公司的航空锻件产品立下汗马功劳。无论是在模锻锤上还是摩擦压力机或是环轧扩孔机上；无论是锻压镍基合金，还是锻压钛基合金，都有3Cr3Mo3VNb钢制作模具在工作，至今已有26年。3Cr3Mo3VNb钢同时还为安大航空锻造工艺的进步发展也作出了自己的贡献，不仅大型铝合金等温锻件的模具可用3Cr3Mo3VNb钢制作，而且在大型钛合金等温锻件模具上也派上用场。 通过以上论述，我们可以看出，3Cr3Mo3VNb钢是一种热强性高，耐冷热疲劳且韧性好的热作模具钢，它应该在我国的锻压模具上比H13钢要发挥更大的作用。现在重庆迪阳机械制造有限公司采用军工技术、执行军企标准、按照军品质量要求，通过电渣重熔生产3Cr3Mo3VNb钢，使其质量提高到一个新的等级。在向用户提供模块、棒材、电渣锭等产品的同时，还接收本钢种的热处理淬火业务。现在重庆及省外许多锻造厂家尝试到了采用3Cr3Mo3VNb钢不仅降低了模具费用成本；而且提高了生产效率和提升了模锻件产品的外观质量。3Cr3Mo3VNb正