20世纪30年代中期，随着铝合金压铸工艺的迅速发展，迫切需要一种有较好的耐热性、抗热疲劳性和抵抗液态铝合金冲蚀的新型热作模具钢。美国通过研制开发了一系列中合金铬系热作模具钢，目前应用较广的有H13（4Cr5MoSiVI），H11（4Cr5MoSiV），H12（4Cr5MoWSiV），4Cr5W2VSi，4Cr3Mo2NiVNbB等。
我国从20世纪60年代开始引进这些钢号，用量逐渐扩大，从铝合金压铸模到精密锻造模具、热锻压冲头、热挤压模具、热剪切模具、热轧辊等热作模具，已成为主要的热作模具钢。
1）4Cr5MoSiV钢
4Cr5MoSiV钢，简称H11钢，是一种空冷硬化型热作模具钢，ωCr＝5%，淬透性很好，ϕ150 mm以下的钢材空冷即可淬硬。该钢在中温具有较好的热强度、高的韧性和耐磨性，在工作温度下有较好的抗冷热疲劳性能，此外，抗氧化性能好，热处理变形小。
（1）力学性能
与5CrNiMo钢相比，H11钢的热强性和耐磨性都较高，而韧性相似，淬透性较好，是制作锻模的好材料。由于韧性较高，甚至在淬火状态也还有一定的韧性，抗热疲劳性能特别好，因此用它制作高速锤锻模非常理想，有时也用于制作压铸模、挤压模等。
（2）工艺性能
①锻造工艺
H11钢的碳含量不高，热塑性较好，易于锻造和轧制。当锻制大型锻件时，最好先缓慢加热到750℃，然后迅速加热到锻造温度，以减少氧化和脱碳现象。H11钢的淬透性好，锻后应采用炉冷或在缓冷坑中冷却，并及时退火处理。
②退火工艺
H11钢的退火加热温度为845～900℃，保温4～5 h，然后以28℃／h的冷却速度冷到550℃出炉，退火硬度为192～235 HBS，退火组织为粒状和点状珠光体。为减少氧化脱碳，退火最好在可控气氛退火炉中进行。
③淬火、回火工艺
淬火加热温度1 000～1 020℃，油冷淬火或分级淬火均可，淬火硬度为55～57 HRC。H11钢的冲击韧度随回火温度的升高而升高，在200℃回火时达到最大值；继续升高回火温度，冲击韧度开始下降；在500℃时，冲击韧度降到最低。因此，模具应避开500℃左右回火，也避免在此温度范围进行化学热处理。
2）4Cr5MoSiVl钢
4Cr5MoSiV1钢，即美国钢号ASTM-H13，是国际上广泛应用的一种空冷硬化热作模具钢。我国于1976年将H13钢作为推荐钢种列入标准，“八五”期间作为国家重点推广钢种。目前，国内已有多家钢厂生产H13钢，甚至还配有炉外精炼设备。
（1）力学性能
H13钢具有较高的韧性和耐冷热疲劳性能，不容易产生热疲劳裂纹，即使出现热疲劳裂纹既细又短，不容易扩展。H13钢同时具有较高的热强性，是一种强韧兼备的质优价廉钢种，既可用作热锻模材料，也可用作模腔温升低于600℃的压铸模材料。
与H11钢相比，H13钢的钒含量较高，因此H13钢的热强性和热稳定性高于H11钢。与4Cr5W2SiV钢相比，以钼代钨，性能颇为相似。
（2）工艺性能
①锻造工艺
尽管H13钢的碳含量较低，但钢中还有亚稳定共晶碳化物，碳化物偏析有时也较严重，因此要妥善锻造，锻造比要大于4。(www.xing528.com)
②退火工艺
目前，很多厂家可以直接供应一定尺寸的退火模坯，硬度为192～229 HBS。型材改锻后要立即进行球化退火。等温球化退火工艺为：（880±10）℃加热，保温2 h，降温到（750±10）℃，再等温2～4 h，炉冷到500℃出炉。常规退火工艺为：845～8 800℃加热，保温2～4 h，然后冷到500℃出炉。
③淬火、回火工艺
对于要求热硬性为主的H13钢模具，应选1 050～1 080℃加热，油冷淬火后的硬度力54～57 HRC。对于要求韧性较好的H13钢模具，应选1 020～1 050℃加热，抽冷后硬度为53～56 HRC。
淬火加热应先经两次预热，冷却可采用空冷、油冷，也可采用分级冷却。分级冷却的分级温度最好选择低些，如350～500℃，也有选择在500～560℃分级的。H13钢的回火温度要避开500℃，以高于500℃，低于650℃为宜。
3）4Cr3Mo2NiVNbB（HD）钢
随着少切削、无切削新工艺的发展，对模具钢的性能及模具使用寿命提出了更高的要求。如热挤压钢铁材料及铜等非铁金属的热作模具，其工作温度可达700℃左右，在这种工作条件下，采用3Cr2W8V钢及铬系热作模具钢H13等，其耐磨损与冷热疲劳抗力已不能满足上述要求。HD钢就是为适应700℃左右温度工作而研制的新型热作模具钢。
（1）力学性能
HD钢的室温强度、室温韧性、高温强度、高温韧性都比3Cr2W8V钢高。在相同硬度条件下，HD钢的断裂韧度比3Cr2W8V钢高50%，700℃高温短时抗拉强度高70%，冷热疲劳抗力和热磨损性能分别高出1倍和50%。
（2）工艺性能
①锻造工艺
加热温度1 100～1 150℃，始锻温度1 000～1 050℃，停锻温度≥850℃。
②退火工艺
加热温度850℃，保温4 h，炉冷到550℃以下出炉空冷。
③淬火、回火工艺
淬火加热温度1 130℃，回火温度650～700℃，经相同的温度回火后，HD钢的回火硬度比3Cr2W8V钢高，回火温度越高，HD钢与3Cr2W8V的硬度差越大。
（3）应用
HD钢用于钢质药筒热挤压凸模、铜合金管材挤压模和穿孔针，热挤压轴承环凸模与凹模、气门挤压底模等模具，使用寿命均比3Cr2W8V钢制模具高。中耐热韧性热作模具钢的锻造工艺、退火工艺、淬火工艺见表3-5。
表3-5 中耐热韧性热作模具钢的锻造工艺、退火工艺、淬火工艺
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