模具失效或模具寿命在相当大程度上与模具材料相关。因此，要求模具材料具有如下良好的使用性能和工艺性能：力学性能（抗拉强度、屈服强度、断面收缩率、延伸率、冲击韧性和硬度）、机械疲劳和冷热疲劳性能、物理性能（相变点、弹性模量、线膨胀系数）、组织稳定性、冷热加工工艺性能和冶金质量等。

我国常用热作模具钢多是中等C含量（0.3%～0.6%）并加入的合金元素主要有Cr、Ni、Mn、Si、Mo和V等的亚共析钢，而平锻机镶块模具以及切边和热校正模具等承受相对平衡的载荷和应力，通常采用高硬度的C含量较高的工具钢（如8Cr3）。根据合金元素、尤其是碳对热作模具钢的使用性能（如工作温度、强度、硬度、韧性和耐磨性）的影响，可以将热作模具钢分为四类：

这类模具钢C含量为0.5%～0.6%，并含有适量（合金元素总量为2%～3%）的Cr、Ni（或Mn）、Mo（或W）、Si和V等元素。除5CrNiMo、5CrMnMo和5CrMnSiMoV外，这类模具钢中还有5CrNiSiW、5CrNiSi、5CrNiW和5CrNiTi等，其中我国最常用的和大批量生产的钢是5CrNiMo及其代用钢5CrMnMo。由于化学成分的限制，这类钢通常为半马氏体组织，正常使用情况下采用油淬，又称油淬钢，是热模锻的经典模具材料。

这类模具钢具有高的冲击韧性，在350℃～450℃工作时具有较高的强度，属于高韧性的耐热钢，常用于制造锤锻模具，也可用作机械压力机和螺旋压力机锻模钢的代用材料。

5CrNiMo钢是世界通用的热作模具钢，该钢的合金元素含量较低，但具有较高的强度、耐磨性和良好的韧性。5CrNiMo钢在室温和500℃的力学性能几乎相同，在500℃的硬度仍能保证在300HB以上。由于该钢中含有Mo，因此对回火脆性不敏感，或从600℃缓慢冷却，其冲击韧性稍有降低。该钢具有良好的淬透性，300mm×400mm×300mm的大钢坯在820℃油淬和560℃回火后，截面各部分的硬度几乎一致。该钢广泛用于制造大、中型锻模。必须指出，该钢易形成白点，需要控制冶炼工艺和锻轧后的冷却速度。

5CrMnMo钢具有与5CrNiMo钢相类似的性能，但淬透性稍差，在高湿工作时，其抗热疲劳性能较5CrNiMo钢差。该钢较便宜，是5CrNiMo钢的代用材料，若要求冲击韧性较高时，可采用电渣重熔工艺冶炼。

5CrMnSiMoV为无镍锻锤模具用钢，也可以用于压力机热锻模具材料。该钢含有一定量的Mo和V，因此具有良好的高温性能、抗执疲劳性能和回火稳定性。虽然该钢的冲击韧性稍低于5CrNiMo钢，但由于它的强度高，耐热性好，模具的使用寿命高于5CrNiMo钢，所以可以5CrNiMo以钢使用。

为弥补5CrNiMo钢和5CrMnMo钢在较大截面和较高温度时的热稳定性、热疲劳和淬透性不足的缺点，我国开发了合金化程度较高的5Cr2NiMoVSi(5Cr2)钢和45Cr2NiMoVSi(45Cr2)钢，提高了相变温度和淬透性。截面尺寸在500mm×500mm以下的模块，经970℃～990℃淬火和650℃～680℃回火后，硬度可达到36HRC～44HRC。它们的高温强度较5CrNiMo钢高50%，热稳定性提高100℃～150℃，冲击韧性与5CrNiMo钢，用于制造120MN机械压力机和16t模锻锤的模具，其寿命是5CrNiMo钢制造的同种模具寿命的数倍。

这类模具钢含有较高（合金元素总量为6.4%～8.4%）的Cr、Mo（或W）、Si和V等元素，为了提高钢的韧性，缓和多种合金元素的脆化作用，将这类钢的C含量降低至0.3%～0.45%。这类钢具有较高的冲击韧性，在500℃～600℃工作时具有较高的强度，属于中等韧性的耐热钢。这类钢的适用范围较广，常用于制造机械压力机和螺旋压力机锻模，也可以制造锻锤的镶块模。

由于这类模具钢的合金化程度较高，在模块尺寸不太大的情况下，经奥氏体化后空冷即可得到马氏体组织，因而除采用油淬外，在某些情况下还可以采用空气淬火。

1）4Cr5W2VSi热作模具钢

4Cr5W2VSi钢为空冷硬化的热作模具钢，在500℃～600℃具有较高的强度和硬度，并具有较高的耐磨性和韧性以及较好的耐冷热疲劳性能。为了得到较好的模向性能，可选择电渣重熔工艺。该钢广泛用于制造热模锻压力机、螺旋压力机锻模以及热挤压攘块模和芯棒等。

2）4Cr5MoV1Si和4Cr5MoVSi热作模具钢

4Cr5MoV1Si和4Cr5MoVSi钢为空冷硬化的热作模具钢，具有较高的热强度和硬度，尤其是在600℃的中温具有较高的强度和硬度、高的耐磨性和韧性，且有较好的耐冷热疲劳性能。由于这种钢具有良好的综合性能，广泛用于制造热模锻压力机、螺旋压力机锻模以及热挤压镶块模和芯棒、精锻机镶块模具等，也可以制造锻锤的镶块模。

3）我国新开发的中碳高强度热作模具钢

此类热作模具钢中，除上述4Cr5W2VSi、4Cr5MoV1Si和4Cr5MoVSi国际通用的钢外，我国还开发了3Cr2MoVNi(B2)、3Cr2MoWVNi(B3)、2Cr3Mo3VNb、4Cr3Mo2MnVB(ER8)、4Cr3Mo3W4VNb(GR)及3Cr3Mo3VNb钢等3%Cr-3%Mo和3%Cr-2%Mo型中碳高强度热作模具钢，以及具有优异韧性和良好冷疲劳性能的3Cr5MoV1Si钢。

（1）其中，3Cr3Mo3VNb钢是在2Cr3Mo3VNb钢和美国的H10（3Cr3Mo2.5V）钢的基础上进一步调整成分研制的热作模具钢，3%左右的Mo既提高了钢的淬透性，又提高了热稳定性，V和Nb则可细化晶粒，降低钢的过热敏感性，因此，该钢的中温强度、硬度、韧性及冷热疲劳性能良好。该钢与国际通用的4Cr5W2VSi、4Cr5MoV1Si和4Cr5MoVSi钢相比降低了C和Cr，其Mo含量约为对比钢的2倍，并添加了强碳化物形成元素Nb在钢中与C形成稳定性的NbC，NbC不仅有抑制奥氏体晶粒长大、细化晶粒的作用，而且可以显著提高钢的热强性。

3Cr3Mo3VNb与4Cr5W2VSi、4Cr5MoV1Si和4Cr5MoVSi钢相比，在基本不降低室温强度、硬度和冲击韧性的基础上，当温度上升时，其强度、硬度和冲击韧性缓慢下降。当温度达到600℃以上时，该钢的强度和硬度都优于4Cr5W2VSi钢；在650℃以上，3Cr3Mo3VNb钢的冲击韧性明显超过4Cr5W2VSi钢。该钢的相变温度较高，因此耐冷热疲劳性能和热稳定性良好，主要用于制造热模锻压力机和螺旋压力锻模、精锻机镶块模具以及锻锤模具等。

（2）3Cr2MoWVNi（B3）钢也具有良好的综合性能。该钢是在日本的20Cr2Mo2WVNiCo（YHD-3）钢基础上开发的，采用电渣重熔处理，钢质纯净，力学性能基本各向同性，具有高的热强性、高的冷热疲劳性能、较高的韧性和抗高温软化性能，且易于补焊。

这类模具钢含有更高的合金元素（主要元素W、Cr和V的总量为10%～12%），其化学成分与高速工具钢有些相似，例如，俄罗斯的P9（262）高速钢（8.5%～9.0%W、3.8%～4.4%Cr、2.0%～2.6%V）与我国的3Cr2W8V热作模具钢就比较相似。

为了提高钢的韧性，缓和合金元素的脆化作用，将这类钢的C含量降低至0.3%～0.4%。这类钢具有一定的冲击韧性，在600℃工作时具有更高的强度和耐磨性。这类钢适用于对抗磨损性能要求高的模具，如挤压模具及精锻和精压模具镶块等。这类钢的典型代表是3Cr2W8V钢。

3Cr2W8V钢含有较多的碳化物形成元素W和Cr，因此在高温下具有较高的强度和硬度，在650℃的硬度可达到300HB，但其韧性和塑性较差；此外，3Cr2W8V钢的相变温度较高，因此耐冷热疲劳性能良好。3Cr2W8V钢具有一定的淬透性，当断面在80mm以下时，可以淬透。3Cr2W8V钢是我国生产量较大的模具之一，它广泛用于制造精压和热挤压模具，也可制造热模锻镶块模具。

这类模具钢C含量高并含有Cr、W和Si等元素，其中有些钢（如8Cr3）已属于过共析钢，淬火后钢中存在有未溶的碳化铁（渗碳体）等碳化物，其强度、硬度和耐磨性高，但韧性差。这类钢主要用于制造热切边、冲孔、校正、弯曲和镦粗模具。

6CrW2Si钢含有较高的C（0.55%～0.65%）和W（2.20%～2.70），淬火后钢中存在有未溶的碳化铁（渗碳体）和碳化钨等碳化物，该钢具有较高的淬透性、高的强度、硬度和耐磨性，由于W有助于在淬火时保存比较细的晶粒，在回火状态下可以获得较高的韧性。6CrW2Si钢主要用于制造热切边、冲孔和平锻机的镶块模具。

8Cr3钢由于在碳素工具钢T8中加入3.20%～3.80%的Cr，使之形成细小而均匀分布的碳化物，因此，该钢具有较好的淬透性和良好的室温和高温强度及硬度，主要用于制造热锻过程中的切边、冲孔、校正、弯曲和镦粗等工序的模具。

上述四类常用热作模具钢各有其特点，它们相互补充，构成了热锻生产过程中各个工序所用热作模具钢的完整系列。

（1）热模锻（预锻和终锻）模具钢。5CrNiMo钢是世界各国通用的世是应用最广泛和最稳定的钢种，是经典的热模锻模具钢，但该钢的合金化程度较低，在使用温度和模块尺寸上都受到限制。为弥补其不足，开发了合金化程度较高的4Cr5W2VSi、4Cr5MoV1Si、4Cr5MoVSi和3Cr3Mo3VNb钢，这几种钢的性能比5CrNiMo钢高一个层次，并且是得到广泛应用的热模锻模具钢。

（2）热校正和热挤压（冲挤）模具钢。含有更高合金元素的3Cr2W8V钢与高速工具钢的化学成分相似，其韧性和淬透性较差，广泛用于制造尺寸较小的冲力载荷小的热校正和热挤压模具，也可制造热锻镶块模具。

（3）热切边和冲孔模具钢。C含量高的8Cr3钢和6CrW2Si钢具有高的强度、硬度和耐磨性，主要用于制造热切边和冲孔模具。

值得提出的是：我国新开发的GR钢具有高速钢特征、其韧性高于高速钢，具有高的硬度和优良的强韧性。其高温强度比3Cr2W8V、4Cr5MoV1Si高一倍，抗热疲劳性好，使用寿命提高2倍～4倍，适用于近900℃的热锻模、热挤模、热冲模、热轧辗等工模具。

 

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