一、选材原则

热锻模具需在高温、高压、冲击载荷下工作，材料需满足以下核心性能：

1. 高温强度与热稳定性：抵抗高温软化，保持型腔尺寸精度。
2. 抗热疲劳性：承受冷热循环，避免表面龟裂。
3. 耐磨性：减少与坯料的摩擦损耗。
4. 韧性：防止冲击断裂。
5. 加工性能：便于切削、焊接及修复。

二、常用材料及特性

1. 中小型热锻模具（锤锻、压力机）

• 5CrNiMo
  • 特性：高淬透性、良好韧性，抗冲击性能优异。
  • 应用：形状复杂、冲击负荷大的大型锻模（如汽车连杆模）。
  • 热处理：
    • 预备热处理：退火（780-800℃加热后随炉冷却），消除锻造应力，降低硬度至HB207-255。
    • 最终热处理：淬火（830-860℃油淬）+高温回火（500-600℃），获得回火索氏体组织，硬度HRC38-42，平衡强度与韧性。
• 5CrMnMo
  • 特性：经济型材料，以Mo替代Ni，强度略低但成本更低。
  • 应用：中型锻模（如齿轮模）。
  • 热处理：与5CrNiMo类似，但回火温度可适当调整以优化性能。

2. 大型热锻模具（热挤压、压铸）

• 3Cr2W8V
  • 特性：高钨含量（W≈8%）赋予其优异红硬性（650℃下仍保持硬度），但韧性较差。
  • 应用：黑色金属热挤压模、铜/铝合金压铸模。
  • 热处理：
    • 退火：830-850℃保温3-4小时，缓慢冷却至500℃以下空冷。
    • 淬火：1050-1150℃油淬或分级淬火，减少变形。
    • 回火：550-620℃高温回火，消除淬火应力，硬度HRC48-52。
• H13（4Cr5MoSiV1）
  • 特性：铬系热作模具钢，淬透性、热强性、韧性优于3Cr2W8V，热疲劳性能突出。
  • 应用：替代3Cr2W8V的通用热锻模具（如铝/铜合金挤压模）。
  • 热处理：
    • 退火：800-840℃保温3-6小时，30℃/h冷至500℃以下空冷。
    • 淬火：1040-1080℃油淬，500-550℃出油空冷。
    • 回火：580-620℃回火2-3次，硬度HRC44-51，显著提高韧性。

3. 新型高性能材料

• 8566
  • 特性：耐热性能达高速钢SKH的4倍，硬度HRC58-60，耐磨性极佳。
  • 应用：不锈钢热锻模具、带外套/螺丝的复杂模具。
  • 限制：成本较高，性价比需权衡。
• HQ-33
  • 特性：解决3Cr2W8V易开裂、H13易塌模问题，韧性优异，适用范围广。
  • 应用：深坑非对称零件热锻模具。

三、热处理工艺优化

1. 减少变形：
   • 采用多段加热工艺，防止加热开裂。
   • 真空热处理或气体淬火技术，减小热应力。
   • 盐浴热处理适用于含高Ni等易挥发元素的材料。
2. 表面强化：
   • 超饱和渗碳：阻止表面脱碳，提高耐磨性，形成高压应力层增强疲劳抗力。
   • 物理/化学气相沉积：涂覆TiN、CrN等硬质层，延长模具寿命。
3. 回火策略：
   • 热锻模具需高温回火（≥500℃），避免二次回火硬化导致性能下降。
   • 含Cr、Mo、V、W等元素的材料需多次回火（≥2次），消除残余应力，防止早期失效。

四、选材与热处理实例

• 案例1：汽车连杆锻模
  • 材料：5CrNiMo
  • 热处理：退火→850℃淬火（油冷）→550℃回火，硬度HRC40-42，满足高冲击韧性需求。
• 案例2：铝合金挤压模
  • 材料：H13
  • 热处理：退火→1060℃淬火（油冷）→600℃回火（2次），硬度HRC48-50，兼顾耐磨性与热疲劳性能。
• 案例3：不锈钢热锻模
  • 材料：8566
  • 热处理：退火→1080℃淬火（油冷）→580℃回火，硬度HRC58-60，耐高温磨损性能优异。