了解Cr3Mo2MnVB（ER8）钢的性质和应用

4Cr3Mo2MnVB钢的代号为ER8。它是一种空冷硬化热作模具钢，ER8钢的热强性和热疲劳抗力都优于4Cr5Mo2MnVSi钢，高低温韧性均优于HD钢。

1.化学成分

见表3-35。

表3-35 化学成分

2.性能及应用

（1）性能ER8钢的化学成分类似于HD钢，因未加铌，热强性和热稳定性稍差，但高、低温韧性均优于HD钢。热强性、热疲劳抗力及碳化物均匀性都优于4Cr5Mo2MnVSi钢。除有碳化物带状偏析外，有时也会有少量块状或颗粒状亚稳定共晶碳化物出现。硼有使奥氏体晶粒长大的倾向，淬火加热温度愈高愈明显，淬火冷却时也极有可能有碳化物沿晶析出。

（2）应用 与HD钢基本相同，可以用在比HD要求韧性更高的场合。在铜、铝合金的压铸模上应用获得了比较满意的效果。

3.常规处理方法

（1）锻造ER8钢锻造工艺规范见表3-36。

表3-36 ER8钢锻造工艺规范

（2）热处理

1）退火。缓慢加热到830～850℃，保温2～4h，降温到720～740℃，等温2～3h，降温到500℃以下出炉空冷。

2）淬火与回火。淬火温度为1000～1070℃，硬度为52～57HRC，ER8钢淬火加热温度宜取下限温度。推荐淬火温度1010～1030℃，40℃油中冷却，回火温度宜选取600～650℃，回火要进行两次，每次保温2h。表3-37为ER8钢经1030℃淬火于不同温度回火后的硬度变化，表3-38为ER8钢经1030℃淬火不同回火的高温硬度。

表3-37 ER8钢经1030℃淬火于不同温度回火后的硬度变化

表3-38 ER8钢经1030℃淬火不同回火的高温硬度（HV）

【典型热作模具零件加工实例】(www.xing528.com)

【实例1】5CrMnMo钢制金属顶梁接头锻模热处理工艺规范。

锻模外形尺寸为：320mm×420mm×515mm（长×宽×高）。硬度要求：模面为340～387HBW，燕尾为286～321HBW；变形要求：模面平面度要求在上、下模合模后，模面应有80%的接触；燕尾平面挠曲不大于0.2mm。外观要求：模面和燕尾工作面部分，不应有裂纹、烧损、碰伤和麻点等。

图3-16 锻造后的锻模毛坯退火工艺曲线

（1）退火 锻造后的锻模毛坯退火工艺曲线如图3-16所示。图中670℃的两次长时间保温，主要是起去氢作用。

（2）淬火和回火 淬火加热时，为防止模面和燕尾氧化与脱碳，需加以保护。锻模淬火工艺曲线如图3-17所示。将准备好的模具装入箱式炉中，以≤30℃/h的速度缓慢升至400℃并保温4～5h，目的是减小热应力引起的变形与开裂。900℃保温1h是考虑锻模模面及燕尾都处于保护状态，模具本身温度还低于炉温，因此在较高温度下进行短时间加热，以缩短加热时间。锻模出炉后，首先去除铁盘和保护剂并清理模面，为减少锻模的淬火应力和变形，需在空气中预冷至750～780℃，然后模面向下整体入油，5～6min后将燕尾提出油面空冷4min，利用锻模本身余热使燕尾自行回火。提出油面部分是在燕尾槽以下100mm处，以防止燕尾尖角处，特别是燕尾与模体交界处产生裂纹。在燕尾自行回火的同时，观察和测量燕尾自行回火的温度（650～680℃）。燕尾提出空冷4min后再放入油中冷却，5～6min后再将燕尾提出油面空冷4min，如此反复，锻模总冷却时间约为30min。当锻模冷至200～250℃时从油中取出（此时锻模冒较浓青烟而不着火）并立即回火。锻模回火工艺曲线如图3-18所示。

图3-17 锻模淬火工艺曲线

图3-18 锻模回火工艺曲线

将淬火后的锻模装入事先升至300℃的箱式炉中，以≤30℃/h的速度升至400℃并保温2h，随后以≤20℃/h的速度缓慢升至（510±10）℃并保温4～6h。模具出炉后在油中冷至150℃出油空冷。该模具经上述热处理工艺规范处理后，其硬度值、变形量和外观质量均在技术要求范围内。

【实例2】3Cr2W8V钢制热挤压模的热处理

3Cr2W8V钢是出现较早、使用较广泛的热作模具钢之一。因钢中含有大量碳化物形成元素W和Cr，而具有良好的高温性能，耐热疲劳性能、相变温度高，淬透性好，韧性适中，是一种应用较多的热挤压模具钢。螺栓、螺母等紧固件的生产中，热挤压工艺应用较广泛，如变形比较大的六角螺栓、内六角螺栓、杯形螺母等均采用热挤压工艺，模具大都选用3Cr2W8V钢制造。但是，由于热挤压模工作条件恶劣，模具受力复杂，使用寿命大都在2500件左右，有的甚至只有1000余件，失效形式主要有过量变形、龟裂、掉块、擦伤和磨损等。显然，如此低的寿命是没有充分发挥材料内在潜力的。

（1）退火 模坯锻后退火除了降低硬度、改善切削加工性能外，另一方面是为了清除组织缺陷和残余内应力，细化晶粒，为最终热处理做组织准备。退火工艺曲线如图3-19所示为原先采用的3Cr2W8V钢不完全退火工艺（Ac_cm=850℃）。采用这种普通退火工艺有3个缺点：模坯表面氧化脱碳严重；晶粒虽然得到一定程度细化，但没有得到均匀的内部组织；工艺所需总时间长。采用图3-20所示的等温退火工艺并经生产使用证明，不但避免了上述问题，而且在最终淬火加热时碳化物溶于奥氏体中。

图3-19 3Cr2W8V钢的不完全退火工艺曲线

图3-20 3Cr2W8V钢的等温退火工艺曲线

（2）淬火与回火 合理的热处理工艺是提高模具寿命的关键。热挤压模具不但受到较大的挤压力，而且还受到急冷急热应力，因此，要求模具有硬度和韧性良好的配合。原先采用的热处理工艺为：800～850℃预热，1080～1150℃淬火，并经560～580℃回火两次，最终硬度为45～48HRC。在生产中发现，经这种工艺处理后的模具常出现变形和开裂。分析其原因是淬火温度低，Cr、W、V合金碳化物未充分溶于奥氏体中。因此，模具热稳定性较低，断裂韧性值不高，使用寿命较低。根据上述分析，将淬火温度提高到（1200±10）℃，并经（620±10）℃高温回火两次，在油中冷却后，再经160～200℃的补充回火，使最终硬度为43～46 HRC。

采用这种工艺有3个优点：一是提高了淬火加热温度，使合金碳化物充分溶解，保证了模具有高硬度和热硬性；二是经高温回火析出大量弥散碳化物主要是M₂C型，提高了模具的断裂韧性值、强度、硬度、热强性和耐热疲劳性能；三是降低了碳化物偏析。经生产实践证明，这种强韧化热处理工艺是行之有效的。