高耐熱熱作模具鋼及熱處理
高耐熱熱作模具鋼主要用于較高溫度下工作的熱頂鍛模具、熱擠壓模具、銅及黑色金屬的壓鑄模具、壓力機模具等。其中壓力鑄造是在高的壓力下，使熔融的金屬擠滿型腔而壓鑄成形，在工作過程中模具反復與熾熱金屬接觸，因此要求具有較高的回火抗力及熱穩定性。應用得較多較早的有3個鋼號：3Cr2W8V、5Cr4W5Mo2V(RM2)、5Cr4Mo3SiMnVAl (012A1)鋼試用得較好的鋼號：4Cr3MoW4VNb(GB)、6Cr4Mo3Ni2WV(CG2) 、 4Cr3Mo2NiVNbB〔HD)、奧氏體耐熱鋼等。這類鋼的鎢、鉬含量較高，比前兩類熱作模具鋼在高溫下有更高的強度、硬度和耐磨性，組織穩定性好，但其韌性和抗熱疲勞性能不及低耐熱韌性熱作模具鋼。
H21：3Cr2W8V鋼：
3Cr2W8V鋼是鎢系高耐熱熱作模具鋼的代表鋼號。早在20世紀20年代開始就用于生產，由于鎢含量高，在溫度不小于600ºC時，鋼的高溫強度和硬度明顯要高于鉻系熱作模具鋼。
⒈力學性能 ：3Cr2W8V鋼的主加元素剛好是W18Cr4V高速鋼的一半，因此又稱為半高速鋼。含鎢越高，鋼的熱穩定性越高，耐磨性越好。鉻能增加鋼的淬透性，雖因冷熱疲勞抗力差，在急冷、急熱條件下工作時容易產生冷熱疲勞裂紋而失效，但其抗回火能力較高，在550ºC回火時會出現二次硬化峰，淬火溫度越高，二次硬化峰值的硬度越高，熱強性越好。由于W2C的析出，在650ºC時，沖擊韌度最低，因此高溫韌性較差。
⒉工藝性能  3Cr2W8V鋼的臨界點：Ac1為830ºC，Ac3為920ºC，Ms為350ºC。(1)鍛造：鋼坯加熱溫度為1130~1160ºC ，始鍛溫度為1080~1120ºC，終鍛溫度為900~850ºC，鍛后先在空氣中冷卻到約700ºC，隨后緩沖(砂冷或爐冷)。 (2)退火：等溫退火的加熱溫度為840~880ºC，等溫溫度為720~740ºC，退火狀態的組織為鐵素體基體上分布著Fe3W3C和Cr23C6，退火硬度不大于241HBS。(3)淬火及回火：為了提高模具的強韌性，可以采用高溫淬火加高溫回火工藝，即1140~1150ºC淬火，650~680ºC回火，適用于承受動載荷較小的模具。對于在動載荷下工作的小模具或大型模具，可選用1050~1100ºC常規淬火工藝，油淬硬度為50~54HRC，550~650ºC回火兩次，每次2h，回火后硬度為40~50HRC。
⒊應用  ：3CrW8V鋼在淬火加熱中的脫碳變形傾向較小，熱處理工藝穩定，許多中小型機械廠仍廣泛應用，主要用在壓力機鍛模、熱擠壓模、繳鍛模、壓鑄模、剪切刀上。由于3Cr2W8V鋼的耐熱疲勞性和韌性較差，有以下三種強韌化方法：(1)高溫淬火、高溫回火：提高淬火溫度，能使合金碳化物進一步溶解，奧氏體的鎢含量增加，提高淬火鋼的熱硬性，在晶粒不粗大的條件下使熱疲勞性能得到提高。(2)貝氏體等溫淬火： 加熱溫度為1150ºC，在350~450ºC等溫后油冷。組織為B下+M的混合組織，硬度可達47HRC以上。等溫淬火后以低溫回火為宜，溫度為340~380ºC。B下有較高的強韌性，回火穩定性也比常規熱處理好，抗熱沖擊性能也較高，模具變形小。(3)控制淬硬層淬火：  采用高溫短時間加熱，或控制淬火操作，使模具表面和心部得到不同的淬火加熱溫度，造成不同的合金度，在隨后淬火時可獲得內外不同的組織。
RM2(5Cr4W5Mo2V):
⒈力學性能：該鋼碳的質量分數屬于比較高的，近0.5％，合金元素總的質量分數為12％，碳化物較多，以Fe3W3C為主，因而具有較高的硬度、耐磨性、回火抗力及熱穩定性，如在硬度為40HRC時的熱穩定性可達700ºC，但是它的碳化物分布不均勻，韌性較差。
⒉工藝性能  5Cr4W5Mo2V鋼的臨界點：Ac1為836ºC，Ac3為893ºC，Ms為250ºC。(1)鍛造：加熱溫度為1170~1190ºC，始鍛溫度為1120~1150ºC，終鍛溫度³850ºC，鍛后在850~600ºC區間應該快冷，以避免網狀碳化物的形成，在600ºC以下緩冷。(2)退火：加熱溫度為870ºC，等溫溫度為730ºC，爐冷到500ºC以下出爐空冷。(3)淬火及回火：1130ºC淬火并在不同溫度回火后的硬度如表4—5所示。當550ºC回火時出現二次硬化峰值，700ºC回火時仍保持40.5HRC的硬度。淬火溫度超過1150ºC時晶粒會明顯增大，超過1200ºC時顯著增大。
⒊應用：RM-2鋼比3Cr2W8V鋼具有較高的熱強性、耐磨性及熱穩定性，適于制作受熱溫度較高的小型熱沖頭、熱切邊模、精鍛模、平鍛模、壓印機凸模、熱擠壓凸模及輥鍛模等，使用壽命比3Cr2W8V鋼普遍延長2~3倍，個別模具可延長10~20倍。
012Al鋼(5Cr4Mo3SiMnVAl)：
012Al鋼是冷、熱作兼用的基體鋼，含碳量降低，合金含量提高，從而提高了熱疲勞性。Si強化了其體，彌補了因降低含碳量而造成的強度不足；Al細化晶粒，提高了韌性。該鋼綜合性能好、強韌性高通用性強。作為冷模鋼，比Cr12有更高的韌性；作為熱模鋼，它和H21鋼相比有較高的高溫強度和較優良的熱疲勞性能。應用實例：用012Al鋼制作的熱作模具比3Cr2W8V鋼制的模具使用壽命更長。在軸承套圈熱擠壓凸模及凹模上應用，壽命可提高5~7倍；在軍品殼體熱擠壓盂凸模上應用，壽命可提高2倍以上；在軸承穿孔凸模及碾壓輥上應用，比3Cr2w8v鋼提高壽命2~3倍。
CG2鋼(6Cr4Mo3Ni2WV):
CG2鋼是在高速鋼的基體鋼6W6Mo5Cr4V(低碳M2鋼)的基礎上作適當的改進，增加Ni含量，降低W、Mo含量研制而成的冷、熱兼用型基體鋼
⒈力學性能   由于在鋼中加入了2％的Ni，提高了基體的強度和韌性，其室溫及高溫強度、熱穩定性均高于3Cr2W8V鋼，但高溫沖擊韌度與塑性要低于3Cr2W8V鋼。
⒉工藝性能 CG2鋼的臨界點：Ac1為737ºC,Ac3為822ºC ,Ms為180ºC  (1)鍛造：始鍛溫度為1140~1160ºC，終鍛溫度³950ºC。此鋼鍛造性能稍差，要求反復鐓撥三次以上，保證使碳化物均勻分布，鍛后應緩冷并及時進行退火以消除應力。(2)退火：CG2鋼不易退火，故須采用球化退火，加熱溫度為810ºC，等溫溫度為670ºC，爐冷至400ºC以下出爐空冷，退火硬度為220~40HBS。(3)淬火及回火：淬火加熱溫度為1100~1130ºC，油冷。回火溫度在630ºC，回火二次，每次2h，硬度為51~53HRC。若用作冷作模具，在540ºC回火二次，硬度為59~62HRC。
⒊應用  CG2鋼適于制作熱擠、熱沖頭等模具。曾在軸承套圈熱擠壓凸、凹模上應用過，壽命為3Cr2W8V鋼凸模的2~3倍，熱擠壓盂凸模，提高近一倍，制作底板，使用壽命是3Cr2W8V鋼底板的3~6倍。CG2鋼可用于冷作模具，制作標準件及軸承滾子的冷鐓模、縫紉機零件冷鐓模，比Crl2MoV鋼模具壽命明顯延長。
GR鋼(4Cr3Mo3W4VNb):
⒈力學性能  GR鋼屬于鎢鋼系熱作模具鋼，其中加入少量的Nb是為了增加鋼的回火抗力及熱強性。經大氣感應爐冶煉的GR鋼室溫及高溫力學性能如表4-7所示，熱穩定性數據如表4-8所示，4Cr3Mo3W4VNb鋼有比3Cr2W8V更高的屈服強度和熱穩定性、冷熱疲勞抗力及高溫抗壓強度，但是韌性較差。
⒉工藝性能   GR鋼的臨界點：Ac1為821ºC，Ac3為880ºC，Ar1為752ºC，Ar3為850º (1)鍛造 始鍛溫度為1150ºC，終鍛溫度³900ºC，鍛后緩冷及時退火。(2)退火  等溫退火加熱溫度為850ºC，等溫溫度為720ºC，冷卻到550ºC以下出爐空冷。(3)淬火及回火 淬火溫度在l160—1200ºC內選取，若選用的淬火溫度較高，則材料的高溫強度及回火穩定性也較高，反之則塑性和韌性較高。 回火溫度分別取630ºC和600ºC，回火兩次，每次2-3h，形狀復雜的模具，可進行三次回火，回火后的硬度約為50~54HRC。
⒊應用  GR鋼主要用于制作熱鐓和精鍛模具，已成功地應用在齒輪高速鍛模具、精密鍛造、軸承套圈熱擠壓、自行車零件及螺母熱鐓鍛、小型機鍛模、輥鍛模上，與3Cr2W8V鋼相比，壽命提高數倍至數十倍，效果顯著。
HD鋼(4Cr3Mo2NiVNbB):
隨著少無切削新工藝的發展，常采用熱擠壓方法來加工黑色金屬及銅合金等有色金屬，熱擠壓模具的工作溫度可達700ºC左右，在此條件下，國內廣泛使用的3Cr2W8V鋼及鉻系熱作模具鋼H13鋼等的耐磨損和冷熱疲勞抗力已不能滿足要求，HD鋼是專為適應700ºC左右工作溫度而研制的新型熱作模具鋼。
 ⒈力學性能  HD鋼的高溫力學性能：經1130ºC淬火，650ºC回火后，于650ºC及700ºC進行測量，高溫下的屈服強度、塑性和韌性如表4-9所示；經1130ºC淬火，不同溫度回火的抗回火熱穩定性如表4-10所示，回火溫度越高，HD鋼比3Cr2W8V鋼的硬度值越高。在相同的硬度條件下，HD鋼的斷裂韌度KIC比3Cr2W8V鋼高50％，在700ºC下的高溫短時抗拉強度高出70％，冷熱疲勞抗力高出一倍，熱磨損性能比3Cr2W8V鋼高50％。⒉工藝性能：HD鋼的臨界點：Ac1為770ºC，Ms為320ºC。(1)鍛造：加熱溫度1100~l150ºC，始鍛溫度為1000-1050ºC，終鍛溫度為850ºC。(2)退火：加熱溫度為850ºC，保溫4h，爐冷到550ºC以下出爐空冷。(3)淬火、回火；淬火加熱溫度為1130ºC，回火溫度為650~700ºC。 ⒊應用  HD鋼常用于鋼質藥筒熱擠壓凸模、銅合金管材擠壓底模和穿扎針、熱擠壓軸承環凸凹模、汽車擠壓底模等，用來擠壓70-1錫黃銅、10-1-1鐵白銅、低碳鋼、4Cr9Si2鋼、GCr15鋼等材料，比3Cr2W8V鋼制模具的使用壽命提高1~2倍。
Y10鋼和Y4鋼:
Y10及Y4是分別為鋁合金及銅合金的壓鑄模而研制的新型熱作模具鋼，鋁合金的熔點較低，約為580~740ºC，Y10鋼是在H13鋼的基礎上適當提高釩、錳、硅的含量，屬于含5％鉻的鉻系高強韌性熱作模具鋼。銅合金的熔點溫度較高，約在850~920ºC，Y4是屬于成分接近3Cr•3Mo的鉻鉬系熱作模具鋼，但增加了微量元素鋁和硼。
⒈力學性能：Y10和Y4在冷熱疲勞抗力及阻礙裂紋擴展的速率方面明顯要優于3Cr2W8V鋼，是比較理想的鋁、銅合金的壓鑄模材料。用于有色金屬的壓鑄模，可使模具的使用壽命延長1~10倍，也可用于熱擠壓模、精鍛模。
⒉工藝性能 Y10鋼的臨界點：Ac1為815ºC，Ac3為893ºC，Ms為271ºC。 Y4鋼的臨界點：Ac1為789ºCAc3為910ºC，Ms為263ºC。(1)鍛造與退火：兩種鋼的鍛造及退火工藝與3Cr2W8V鋼相近，鍛造性能良好，溫度范圍較寬，無特殊要求，退火硬度低于3Cr2W8V鋼。 (2)淬火和回火：淬火溫度為1020~1120ºC，回火溫度為600~630ºC，可根據用途及要求進行選擇。
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