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产品概括
4Cr3Mo2NiVNb（HD钢）
4Cr3Mo2NiVNb钢代号为HD模具钢，是一种空冷硬化型的热作模具钢，是在瑞典乌德霍姆QRO-80钢的基础上我国自行研制的新型热作模具钢。4Cr3Mo2NiVNb（HD模具钢）是在4Cr3Mo3V钢的基础上，通过降低Mo、V的含量，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，4Cr3Mo2NiVNb（HD模具钢）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%。由于HD模具钢的综合性能良好，适用于制作受热温度较高，使用条件苛刻的热作模具，如黑色及有色金属材料的热挤压模，热精锻模等。HD钢使用寿命比3Cr2W8V钢有***提高。
（1）HD钢化学成分
HD模具钢化学成分（质量分数） （%）
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 | ≤0.020 | ≤0.010 |
（2）HD钢临界点 Ac1≈770℃，Ms≈320℃。
（3）HD钢热加工
HD模具钢锻造工艺规范
项目 | 加热温度/℃ | 始锻温度/℃ | 终锻温度/℃ | 冷却方式 |
钢锭 | 1140～1180 | 1080～1140 | ≥900 | 砂或坑缓冷 |
钢坯 | 1120～1160 | 1060～1120 | ≥850 | 砂或坑缓冷 |
（4）预备热处理 锻材等温退火：＜500℃入炉随炉升温，加热温度830～850℃，保温时间（H）1+1min/mm,等温温度730±10℃，保温时间（H）2+1min/mm，随炉冷至＜500℃出炉空冷（HB≤250）。
（5）HD钢淬火规范 淬火温度为1130±10℃，油冷。（详见下表）
HD模具钢淬火温度与硬度、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 |
HD模具钢不同温度回火的硬度值
回火温度/℃ 硬度HRC 钢种 | 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钢 | 51.0 | 51.0 | 51.4 | 52.3 | 51.5 | 51.8 | 50.0 | 46.0 | 34.0 |
注：淬火温度1130℃
（6）力学性能 HD钢与3Cr2W8V钢的室温、高温力学性能对比。
HD模具钢与3Cr2W8V钢的室温力学性能对比
热处理工艺 | σ0.2/MPa | ψ（%） | αk/(J/cm2) | |||
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 | — |
HD模具钢的高温力学性能
试验温度/℃ | σ0.2/MPa | ψ（%） | αk/(J/cm2) | |||
HD | 3Cr2W8V | HD | 3Cr2W8V | HD | 3Cr2W8V | |
650 | 536.9 | 414 | 66.1 | 49.1 | 56/54 | — |
700 | 405.3 | 235 | 69.3 | 85.4 | 75/40 | 62/38 |
注：αk值中分母为硬度值（HRC）
（7）应用 在相同的硬度条件下，HD模具钢比3Cr2W8V钢的断裂韧度高50%，700℃高温短时抗拉强度高70%，冷热疲劳抗力和热磨损性能分别高出1倍和50%。HD模具钢应用于钢质药管热挤压凸模、铜合金管材挤压底模和穿孔针，热挤压轴承环凸模与凹模、气门挤压底模等模具，使用寿命比3Cr2W8V钢提高。
HD模具钢应用效果
试用单位 | 模具名称 | 产品材料 | HD钢寿命/支 | 3Cr2W8V寿命/支 |
上海铜厂 | 铜管挤压底模 | 70-1锡黄铜 | 420 | 150左右 |
上海铜厂 | 铜管挤压底模 | 10-1-1铁白铜 | 59 | 25左右 |
人民机械厂 | 热挤压凸模 | 低碳钢 | 420 | 150左右 |
沈阳有色金属加工厂 | 穿孔针 | 70-1锡黄铜 | 240 | 120 |
武汉气门厂 | 挤压底模 | 4Cr9Si2 | 2500 | 1500左右 |
上海浦江轴承厂 | 218轴承凸模 | GCr15 | 10000 | — |
上海浦江轴承厂 | 218轴承凹模 | GCr15 | 11000还可用 | —
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