热锻模具钢的选材需综合考虑工作条件、模具寿命、成本及加工工艺等多方面因素，以下是详细的选材原则及具体说明：

一、根据工作温度选材

热锻模具的工作温度是选材的首要依据，不同温度范围对材料的性能要求差异显著：

低温范围（≤700℃）

材料选择：5CrNiMo、5CrMnMo等传统热锻模具钢。

特点：成本低，工艺成熟，适用于中小型模具或低温锻造工艺。

应用：连杆锻模、曲轴锻模等。

中高温范围（700℃-900℃）

材料选择：H13（4Cr5MoSiV1）、4Cr3Mo3W4VNb（GR钢）等。

特点：兼具耐热性、耐磨性和抗热疲劳性，适用于高速锻造或复杂型腔模具。

应用：汽车齿轮高速锻模、轴承热锻凹模等。

高温范围（＞900℃）

材料选择：HQ-33、HM1等高性能热作模具钢，或高温钛合金、锆基材料。

特点：极佳的热强性、热稳定性和高温耐磨性，但成本较高。

应用：铜合金压铸模具、航空发动机叶片热锻模等。

二、根据载荷类型选材

模具承受的载荷类型直接影响材料的韧性要求：

冲击载荷

材料选择：LG模具钢、5CrNiMo（调质处理后）等。

特点：高韧性可防止模具在冲击下开裂，适合锻造初期或复杂形状工件。

应用：锤锻模、摩擦压力机锻模等。

静载荷或交变载荷

材料选择：H13、4Cr3Mo3W4VNb等。

特点：平衡硬度与韧性，适应长期受压或反复变形工况。

应用：压力机锻模、辊锻模等。

三、根据模具寿命要求选材

模具寿命是选材的核心经济指标，需权衡性能与成本：

短寿命模具（≤1万次）

材料选择：5CrMnMo、3Cr2W8V等传统材料。

特点：成本低，适合小批量生产或试制阶段。

应用：单件或小批量锻件模具。

中寿命模具（1万-5万次）

材料选择：H13、4Cr3Mo3SiV等。

特点：综合性能优异，性价比高。

应用：汽车零部件批量生产模具。

长寿命模具（＞5万次）

材料选择：HQ-33、HM1、含钴高温合金等。

特点：通过优化成分或表面处理（如渗氮、涂层）延长寿命。

应用：高精度、高附加值锻件模具（如航空零件）。

四、考虑经济性

在满足性能要求的前提下，需综合评估材料成本、加工成本及维护成本：

材料成本

传统材料（如5CrNiMo）价格较低，高性能材料（如H13）成本较高。

新型材料（如钛合金）虽性能优异，但价格昂贵，需谨慎选择。

加工成本

高硬度材料（如Cr12MoV）加工难度大，需更高精度的设备和技术。

韧性材料（如LG钢）可能需增加热处理工序，提升成本。

维护成本

长寿命材料可减少更换频率，降低停机损失。

表面处理技术（如PVD涂层）可延长模具寿命，但需额外投入。

五、根据模具结构与尺寸选材

模具的复杂程度和尺寸对材料性能提出不同要求：

简单结构模具

材料选择：传统材料或低成本高性能材料（如H13）。

特点：无需特殊性能，重点控制成本。

复杂结构模具

材料选择：高韧性、高耐磨性材料（如LG钢、HQ-33）。

特点：需避免型腔开裂或磨损不均，确保尺寸精度。

大型模具

材料选择：热导性好的材料（如5SiMnMoV）或预硬钢。

特点：减少热应力集中，避免开裂，同时缩短热处理周期。

六、考虑工艺兼容性

材料需与热锻工艺（如加热方式、冷却速度）匹配：

高速锻造

材料选择：H13、4Cr3Mo3W4VNb等高热强性材料。

特点：承受高速摩擦和冲击，需高硬度和耐磨性。

等温锻造

材料选择：热导性好的材料（如5SiMnMoV）或铜合金基体材料。

特点：均匀散热，避免局部过热导致开裂。

精密锻造

材料选择：高尺寸稳定性材料（如预硬钢、含钴合金）。

特点：减少热处理变形，保证锻件精度。

七、参考行业案例与标准

汽车行业

常用H13钢制造齿轮、连杆锻模，寿命可达3万-5万次。

高性能模具（如曲轴锻模）可能采用HQ-33或表面涂层技术。

航空航天领域

优先选择钛合金或锆基材料，满足高温、高强度要求。

例如，某航空发动机叶片模具采用含钴高温合金，寿命提升3倍。

标准参考

遵循GB/T 1299《合金工具钢》或ASTM A681《工具和模具钢标准》，确保材料性能达标。