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钢有显著提高。
（1）HD钢化学成分
HD模具钢化学成分（质量分数） （%）
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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
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项目 |
加热温度/℃ |
始锻温度/℃ |
终锻温度/℃ |
冷却方式 |
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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&plu***n;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&plu***n;10℃，油冷。（详见下表）
HD模具钢淬火温度与硬度、晶粒度的关系
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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
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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
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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***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
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试用单位 |
模具名称 |
产品材料 |
HD钢寿命/支 |
3Cr2W8V寿命/支 |
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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 |
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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 |
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上海浦江轴承厂 |
218轴承凸模 |
GCr15 |
10000 |
— |
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上海浦江轴承厂 |
218轴承凹模 |
GCr15 |
11000还可用 |
—
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