一、热作模具的工作条件

热作模具主要分为锤锻模、热挤压模和压铸模三类，它们的主要工作特点是与热态金属接触，这与冷作模具显著不同。这一特性导致热作模具面临两大挑战：

1.模腔表层金属受热：

   *锤锻模在工作时，模腔表面温度可高达300400℃，热挤压模则可达500800℃，压铸模的温度则与压铸材料和浇注温度有关，压铸黑色金属时模腔温度甚至可达1000℃以上。

   *高温会降低模腔表面的硬度和强度，增加使用中发生打垛的风险。

   *因此，热模具钢需要具有高的热塑变抗力，包括高温硬度和高温强度，这实际上反映了钢的高回火稳定性。通过加入Cr、W、Si等合金元素可以提高钢的回火稳定性。

2.模腔表层金属产生热疲劳：

   *热模具的工作具有间歇性，每次热态金属成形后都需要用水、油、空气等介质冷却模腔表面。

   *反复受热和冷却导致模腔表层金属热胀冷缩，承受拉压应力作用，进而产生龟裂，即热疲劳现象。

   *影响钢的热疲劳抗力的主要因素包括钢的导热性和临界点（Acl）。高导热性可降低模具表层金属的受热程度，减小热疲劳倾向性；而高临界点则能降低热疲劳倾向性。

   *通常，钢的导热性与含碳量有关，含碳量高时导热性低，因此热作模具钢不宜采用高碳钢，而通常采用中碳钢（C 0.3%~0.6%）。同时，通过加入合金元素Cr、W、Si等可以提高钢的临界点，从而提高钢的热疲劳抗力。

二、常用热作模具用钢

1.锤锻模用钢：

   *锤锻模在工作时受到冲击负荷作用，对钢的力学性能要求较高，特别是对塑变抗力及韧性。

   *同时，锤锻模的截面尺寸较大，对钢的淬透性要求较高，以保证整个模具组织和性能均匀。

   *常用锤锻模用钢包括5CrNiMo、5CrMnMo、5CrNiW、5CrNiTi及5CrMnMoSiV等。根据模具的大小和类型，可以选择不同的材料。

2.热挤压模用钢：

   *热挤压模的加载速度较慢，模腔受热温度较高，可达500~800℃。

   *对这类钢的使用性能要求以高的高温强度（即高的回火稳定性）和高的耐热疲劳性能为主。

   *常用热挤压模用钢包括4CrW2Si、3Cr2W8V及5%Cr型等热作模具钢。这些钢的淬火温度和回火处理方式可根据具体用途进行调整。

3.压铸模用钢：

   *压铸模用钢的使用性能要求与热挤压模用钢相近，以要求高的回火稳定性与高的热疲劳抗力为主。

   *常用压铸模用钢与热挤压模用钢相似，如4CrW2Si和3Cr2W8V等。但根据压铸材料的不同，也可以选择其他钢材，如40Cr、30CrMnSi及40CrMo等用于Zn合金压铸模；4CrW2Si、4Cr5MoSiV等用于Al和Mg合金压铸模；3Cr2W8V钢则多用于Cu合金压铸模。

   *随着黑色金属压铸工艺的应用，也采用了高熔点的铝合金和镍合金，或对3Cr2W8V钢进行Cr-Al-Si三元共渗，用于制造黑色金属压铸模。此外，国内外还在试验采用高强度的铜合金作为黑色金属的压铸模材料。