热作模具钢主要用于制造高温状态下进行压力加工的模具。热作模具在服役时承受着很大的冲击力，模膛和高温金属接触，本身温度常达300～400℃，局部达到500～700℃，有的甚至达到1000℃，还经受反复的加热和冷却，其工作条件相当恶劣。热作模具要求具有高的高温抗变形能力、淬透性、耐回火性、韧性、高温强度、高温韧度、抗热裂性、高温耐磨性和耐金属浸蚀性；要求材料组织均匀，方向性小，工艺性好。
1.热作模具的性能要求
根据工作状况的不同，热作模具可以简单地分为锤锻模、热挤压模、压铸模等几类。
（1）锤锻模 锤锻模在高温下通过重加压力，强制金属成形，工作中模具受到非常大的冲击载荷，并同时承受压应力、拉应力和附加弯应力。被锤锻的金属在模膛内产生强烈的摩擦，模膛表面与高温（始锻温度为1100～1180℃）金属接触，被加热到300～600℃，工作中还要反复地受到高温-冷却的循环作用，产生了交变的热应力，所以模具的疲劳性能要好。
热锤锻模的失效形式为：由于磨损造成的模膛尺寸超差和产生裂纹以及网状的热疲劳龟裂。因此，要求锤锻模在其工作温度下保持高的强度和良好的冲击韧度，良好的热疲劳强度、抗氧化性和热强度，以及高的淬透性、良好的导热性。
（2）热挤压模 热挤压模在工作中承受很大的压应力和弯应力，脱模时还要受到一定的拉应力，模具与高温金属接触时间长，需要水冷，因而易产生热疲劳裂纹等。
热挤压模的失效形式有：模膛塌陷或变形，冲头镦粗，冲头的应力集中处产生裂纹或断裂，热疲劳裂纹，表面磨损、拉毛或形成沟槽。表面热裂是影响这类模具寿命最重要的因素，占失效模具的80%左右。因此，要求热挤压模具具有高的强度、高的疲劳强度、高硬度和高的耐磨性，同时还要有良好的抗氧化性和热强性，以及高的淬透性、良好的导热性。
（3）压铸模 压力铸造是把熔融的金属一次压射至一个或若干个型腔内形成铸件的一种成形工艺。这种成形方法属于少无切削加工，可以节约大量的金属材料，提高产品质量，降低成本，因而得到了广泛的应用。
压力铸造是在高压下，使熔融金属挤满型腔，压铸成形。在工作过程中，模具反复与炽热的金属接触，因此，要求模具具有高的耐热疲劳性、良好的耐磨性与耐蚀性、必要的高温力学性能，对淬透性，视模具的尺寸大小也有一定要求。
2.锤锻模用钢
GB/T 1299—2000中，热作模具钢纳入12个牌号，其中热锤锻模具用钢有5CrMnMo、5CrNiMo、4CrMnSiMoV。推荐的牌号有5CrNiMoV、5Cr2NiMoSi。此外，5SiMnMoV、5CrMnSiMoV、5CrNiTi、5CrNiW等牌号也可用于制造锤锻模。
5CrNiMo钢是我国应用最早的热锻模具钢，但在使用中发现该钢的淬透性不能满足大截面锤锻模的需要，截面尺寸>300mm时，心部硬度已不能满足要求。5CrNiMo钢模具的使用温度不得超过500℃。5CrNiMoV钢是国外广泛使用的锤锻模用钢，55CrNiMoV6钢是德国的牌号，这些钢中的Cr、Ni、Mo含量均高于国产的5CrNiMo钢成分，并含有少量的V，在400mm×400mm的截面上可以完全淬透，耐回火性比5CrNiMo钢高100℃左右，其使用寿命高于5CrNiMo。我国在20世纪80年代对此作过大量的分析和研究，并推荐5CrNiMoV钢用于大型、复杂的重载荷锤锻模。
5CrNiMoVSi钢与5CrNiMo钢相比，碳含量稍低，但Cr、Mo量提高了，并加入适量的V、Si。使之有了高的淬透性。经调质处理后，可在500mm×500mm截面上保持表面和心部硬度的一致性。在回火时，由于析出M2C型碳化物，使钢二次硬化，其热硬性比5CrNiMo钢高150℃以上。45Cr2NiMoVSi钢的C、Si稍有降低，更适宜制作锤锻模，这种钢用于制造3t以上锤锻模和4000t以上压力机锻模，使用寿命较5CrNiMo和55CrNiMoV6钢提高0.5～1.5倍。3Cr2MoWVNi钢有二次硬化效益和较高的热稳定性，制造的热锻模有较高的使用寿命。
3.挤压模用钢(www.xing528.com)
以前挤压模用得最多的钢是3Cr2W8V钢，但现在又有被其他钢种取代的趋势，国外已基本停止使用，代之以5%Cr（质量分数）系列的其他钢，其中以美国的H13（4Cr5MoSiV1）钢应用最为广泛。在使用温度小于600℃时，H13钢有良好的冷热疲劳性能，用做热挤压模和铝合金压铸模，有比较高的使用寿命。但H13有较大的尺寸效应，在截面尺寸超过120mm以后，心部韧性明显下降，国外采用炉外精炼、高温扩散退火、等向锻造等工艺，以改善其尺寸效应，减少Cr、Mo的成分偏析。国内大多采用电渣重熔等工艺。3Cr3Mo3V钢是一种在国外应用较广的钼系热作模具钢，其性能介于Cr系和W系之间。为提高这种钢的热稳定性，有些国家加入质量分数为3%的Co。
近几年来，国内外研制了一些强韧性好、热稳定性高的热作模具钢，这些钢是在Mo系3Cr3Mo3V的基础上发展期来的，w（C）为0.25%～0.45%，与Cr、Mo、W、V形成碳化物，其碳化物类型为M23C6、M6C、MC，这些碳化物高温回火后均匀弥散分布，从而提高了钢的耐回火性和高温强度，并具有足够的强度和韧性。有的加入少量的Nb、Ti、B、Al等，以期得到更佳的综合力学性能。过高的碳含量，易形成较多的大块状碳化物，使钢的热疲劳强度和冲击韧度降低，过低的碳含量对硬度和淬透性不利。由于加入较多的合金元素，使钢的共析点左移，所以这类钢大多为过共析钢。
按照加入的合金元素，通常热挤压模具钢可分为W系、Cr系和Cr-Mo系。
（1）3Cr2W8V（H21）钢 它是W系的代表性钢种，其特点是受热时具有较高的热稳定性、高温强度和耐磨性，但在600℃时，冲击韧度、塑性、耐热振动性较低，其高温回火脆性也十分明显，小模具淬火后可不回火直接使用。
（2）Cr系钢Cr系钢以5%Cr（质量分数）为基础，典型的牌号有4Cr5MoV1。该系列钢的碳化物为M23C6型，且数量较多，在加热时易于溶入奥氏体，因而碳化物不均匀性大为降低，抗氧化性能提高。添加0.07%（质量分数）的Nb有利于减缓M23C6型碳化物的粗化，提高该钢的热疲劳强度，抑制热疲劳裂纹的形成与扩展。该钢是一种空冷硬化热作模具钢，φ150mm模具在空气中就可以淬硬。该钢在中温下的塑性、冲击韧度和耐振性优于3Cr2W8V钢，工作中可采用水冷降温，故应用范围广泛。该钢的耐回火性及热屈服强度略逊于3Cr2W8V钢。
（3）Cr-Mo系钢Cr-Mo系钢以3.0%Cr、3.0%Mo（质量分数）为基体，添加了一些其他微量元素，例如，我国的3Cr3Mo3VNb、美国的H10（3Cr3Mo3V）、英国的BH10A（3Cr3Mo3VCo）。这类钢碳的质量分数为0.25%～0.35%，具有较好的韧性、热振性和热疲劳性，同时还弥补了Cr系钢热稳定性和屈服强度的不足。
我国研制的35Cr3Mo3W2V钢特别适用于制造高速、高负荷、水冷、连续大批量生产的模具。
4.压铸模用钢
根据所压铸金属和合金的不同，按压铸温度的高低选择钢种。
（1）压铸低熔点金属及合金用钢 低熔点的锌基合金压铸模可采用5CrMnMo钢、5CrNiMo钢，甚至可以选用40Cr类的调质钢，而熔点稍高一些的铝合金、镁合金压铸模，常选用4Cr5MoSiV1钢、3Cr2W8V钢，也可选较好的3Cr3Mo3VNb钢。
4Cr5Mo2MnVSi钢是我国研制的铝合金压铸模钢，其冷、热加工性良好，淬透性高，具有良好的热疲劳性、热处理变形及抗熔损性。该钢合金元素含量低，符合我国资源情况，有利于降低成本和扩大应用，用于铝合金压铸模，使用寿命比3Cr2W8V钢提高1～7倍。
（2）压铸高熔点金属及合金用钢 铜及铜合金和钢铁材料的熔点都比较高，其压铸温度大都在950℃以上，模具型腔的温度也在650℃以上，对模具的高温强度、导热性和热疲劳性能要求更高，使用4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V钢寿命都比较短，一般钢质模具难以满足压铸要求，如Mo基合金、W基合金等。铜基合金的硬度虽然不高，但具有高的热导率。用铜基合金作压铸模材料目前还在试制研究当中。此外，铜合金制压铸模镶块可在980℃淬火后冷挤成形，然后进行时效，型腔表面粗糙度值低，因而可以提高模具寿命。
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