HD钢是为了适应700℃左右工作温度的模具而研制的新型热作模具钢。HD钢是在4Cr3Mo3V钢的基础上，稍降低一点Mo，增加质量分数约为1%的Ni和0.15%Nb，提高了钢的高温韧性和热稳定性，在700℃的高温下仍可保持40HRC的硬度。在同样的硬度下，HD钢比H21钢断裂韧度提高50%，700℃时的抗拉强度提高70%、热疲劳强度和热磨损性能分别提高1倍和50%。HD钢是金属常用的热挤压模具。

 

用于制造950～1050℃的低碳钢热挤冲头，内孔连续通水冷却，外表每挤压一次涂一次石墨油润滑剂，挤压头与坯料接触时间为6～7s，受的轴向力为400MPa。在用H21钢制造冲头时，因高温强度低，抗热疲劳性能差，冲头平均使用寿命只有200件。改用HD制造时，平均使用寿命比H21钢提高2倍。热处理工艺简介如下：

（1）锻造与退火  锻造加热温度为1150℃，始锻温度为1130℃，终锻温度≥900℃，锻后灰冷或砂冷。箱式电炉保护性退火，850℃×4h，炉冷至550℃出炉空冷，硬度为190～220HBW。

（2）热处理工艺  900℃×0.6 min/mm预热；1150℃×0.3 min/mm加热，油冷9～10 min后空冷；640℃×2.5h+680℃×2.5h回火。硬度为39～41HRC，使用寿命由H21钢的200件提高到650件，失效形式为软化变形。

 

某厂生产气门所用的热锻模下模，由模芯、模座和模套组成，模座、模套用45钢制造，模芯用H21钢制成。热锻工件温度达1100～1200℃，模具表面温升达600～700℃，在工作过程中模具被软化到30HRC，容易发生塑性变形。

有些客户对气门要求极高，即要求圆弧部位保留锻造热加工流线而不允许机械加工切削，又要求有较高的外观质量。精锻的气门在圆弧部位表面有细微瑕疵时则被判为不合格，模具的主要失效形式为热磨损。

模具在采用低温氮碳共渗处理时，渗氮层在圆弧部位附近易产生微观开裂和宏观折叠，影响精锻气门圆弧部位的外观质量。渗氮模具的失效，还与基体的硬度、强度和塌陷有关。改H21钢为HD钢制作气门热锻模，可收到很好的效果。其淬火温度为1150～1180℃，淬油，油冷至150℃后空冷，淬后硬度为54HRC；570～590℃×2h×2次回火，回火后油冷至150℃空冷，硬度为51.5HRC。在570℃再进行低温氮碳共渗。经上述处理后，热锻模在精锻21-4N奥氏体耐热钢制气门时，平均寿命高于650支，而H21钢制模只有230支，寿命提高约2倍。

 

用H21钢制造曲柄热锻模，因冲击韧度低，抗热疲劳性差，平均寿命只有2000件左右，失效主要形式为早期脆断，呈龟裂的热疲劳裂纹。改用HD钢制模，大有改观。

HD钢模具的热处理工艺为：900℃×40s/mm预热；国1130～1140℃×20s/mm加热，淬油；620～650℃×2h×2次回火。硬度为44～47HRC，晶粒度为9～10级，模具使用寿命为4700～8900件，比H21钢热锻模具提高1.3～3倍。

 

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