钢材按照碳元素含量的多少可以分为低碳钢、中碳钢和高碳钢，作为模具钢的钢材一般是中低碳钢，本稿的重点HM3模具钢是执行美国标准的材料，具有优秀的机械性能和可加工性。

(1) 材料的特性：3Cr3Mo3VNb 钢代号为 HM3, 属过共析钢, 是中碳铬系高强韧性热作模具钢。该钢是参照美国 AISI标准 H10 钢和俄罗斯ΓOCT标准3X3M3φ钢的改进型钢种, 与 HM1 钢相类似。我国早在 20 世纪 80 年代, 已列入原航空部标准中。

该钢具有降低加热时的过热敏感性, 高温强度、热稳定性、塑韧性高, 以及耐冷热疲劳性好和耐热磨损性优良等特点, 在锻态和正火空冷状态时, 易形成贝氏体组织。在淬火态可得到板条状马氏体组织; 并随淬火加热稳定和冷却条件的不同, 其残留奥氏体的体积分数为 5% ~18% 和碳化物的体积分数为 1% ~3% 。该钢的碳化物, 在退火态为M6C、 M4C3和NbC。在淬火态为 M2C、 V4C3和NbC。大截面含铌钢模具在缓慢冷却速度下, 有形成晶界链状碳化物的倾向。

除 Cr、 Mo、 V 和Nb外, 又加入了质量分数为 4% 的 W, 使钢的高温强度和热稳定性得到了进一步提高, 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。该钢还具有良好的冷热疲劳性能。

快速球化退火工艺使球化组织细小、均匀, 退火周期可缩短 1/3 以上, 节电20%左右。在600°C以下, 抗拉强度可达到 1000MPa, 700°C时可达 700MPa。在析出硬化区前回火时, 有较高的平面应变断裂韧度。

该钢模具在预热至≥150°C使用时, 可显著提高冲击韧度, 防止模具的早期脆裂。

中小型热锻模具的表面温度可达≥600°C , 该钢是根据形成合金碳化物所需的碳量,对 2Cr3Mo3VNb 钢做进一步成分调整而来的。钢中加入了质量分数为 3% 的钼, 既能提高钢的淬透性, 防止出现回火脆性, 又能提高钢的热稳定性。加入钒和铌则可起到细化晶粒、降低钢的过热敏感性的作用。

该钢的淬透性高. 淬火加热温度范围宽, 过热敏感性低, 具有高温强度高和热稳定性、塑性韧性、冷热疲劳性、热磨损性能好等优点。

(2) 供货状态：退火态

        (3)化学成分：该钢化学戒分 (质量分数)：C0.24% ~0.33%、 Si≤0.60%、Mn≤0.35%、Cr2.60% ~3.20%、 Mo2.70% ~3,20%、 V0.60% ~1.20% 、 Nb0.08% ~0.15% 、 P≤0.030%、S≤0.030%。

(4) 参考对应牌号：美国 AISI 标准牌号 H10、俄罗斯ΓOCT 标准牌号 3X3M3φ、中国标准牌号3Cr3Mo3VNb。

(5) 物理性能              1) 临界点温度 Ac1=825°C、Ar1 =734°C、 Ac3 =920°C 、 Ar3 =810°C、Ms=355°C。              2) 线胀系数 (室温到600°C):11.9×10-6K-1              3) 热导率= 31.8W/(m•K)。

(6) 热加工规范：开始温度1120~1150°C,终止温度≥850°C, 灰冷或堆冷, 冷却后需及时退火。

(7) 普通退火规范：退火温度 (860±10)°C, 保温2~3h, 降温到 (710±10)°C, 保温4~6h,炉冷到≤550°C, 出炉空冷。

(8) 普通球化退火规范：860~900°C ×2~3h 炉冷, 700~730°C ×3 ~5h 等温, 炉冷至≤550°C, 出炉空泠,硬度 180 ~190HBW。

(9) 快速球化退火规范：退火温度 1030°C, 保温时间 20s/mm, 油冷, 随后加热至 800~850°C, 保温时间1~2min/mm, 待到温度均热后, 随即炉冷, 降至≤550°C, 出炉空冷, 退火硬度180~200HBW

(10)淬火、回火规范               淬火温度950~1000°C,硬度46~50HRC, 晶粒度为 10~11级。               回火温度 500~580°C, 呈现析出硬化效应, 硬度比淬火态高1 ~1.5HRC。回火温度 450 ~650°C , 硬度 42 ~48HRC。

(11) 强韧化处理：加热至 1080°C, ω(NaCl) =10%水溶液淬火, 560°C×2h ×2 次回火。盐水淬火代替常规油冷, 可抑制贝氏体组织的形成, 得到单一马氏体组织, 使其具有更好的热疲劳性能。