1.2 知識準備

1.2.1 模具及模具材料分類

1.模具的分類

為了便于模具材料的選用，通常根據工作條件將模具分為冷作模具、熱作模具和型腔模具三大類。

（1）冷作模具。根據工藝特點，可將冷作模具分為冷沖裁模具和冷變形模具兩類。冷沖裁模具主要包括各種薄板冷沖裁模具和厚板冷沖裁模具。冷變形模具主要包括各種冷擠壓模具、冷鐓模具、冷拉深模具和冷彎曲模具等。

（2）熱作模具。熱作模具可分為熱沖切模具、熱變形模具和壓鑄模具三類。熱沖切模具包括各種熱切邊模具和熱切料模具。熱變形模具包括各種錘鍛模具、壓力機鍛模具和熱擠壓模具。壓鑄模具包括各種鋁合金壓鑄模具、銅合金壓鑄模具及黑色金屬壓鑄模具等。

（3）型腔模具。根據成形材料的不同，可將型腔模具分為塑料模具、橡膠模具、陶瓷模具、玻璃模具、粉末冶金模具等。

2.模具材料的分類

能用于制造模具的材料很多，通?？煞譃殇撹F材料、非鐵金屬和非金屬材料三大類，目前應用最多的還是鋼鐵材料。

（1）鋼鐵材料。用于制造模具的鋼鐵材料主要是模具鋼。通常將模具鋼分為冷作模具鋼、熱作模具鋼、塑料模具鋼三類。

（2）非鐵金屬材料。用于制造模具的非鐵金屬材料主要有銅基合金、低熔點合金、高熔點合金、難熔合金、硬質合金、鋼結硬質合金等。

（3）非金屬材料。用于制造模具的非金屬材料主要有陶瓷、橡膠、塑料等。

由于模具鋼是制造模具的主要材料，一般將模具材料分類如圖1-1所示。

1.2.2 模具材料的性能要求

模具在現代工業中得到廣泛應用。模具直接關系到產品的質量、性能、生產率及成本，而且模具的質量和使用壽命與制造模具的材料及工藝有著密切的關系。因此，需要了解模具材料的主要性能指標。

1.硬度和熱硬性

材料抵抗其他硬物壓入表面的能力稱為材料的硬度。從本質上說，硬度并不是材料的一個新的特殊性能，而是代表材料的彈性、塑性、韌性和形變硬化等的一個綜合性能。它反映材料抵抗局部塑性變形的能力。由于大多數常用鋼材的強度與硬度之間有一定的近似比例關系，根據硬度可以大致估計材料的抗拉強度。另外，材料的抗磨損性能與其硬度有密切的關系，所以，金屬材料的硬度也是金屬力學性能的重要指標之一。

目前，用于測定材料硬度的方法有三種：布氏硬度法、洛氏硬度法和維氏硬度法。三種方法都是采用一定形狀的特制壓頭，在一定的載荷作用力下，壓入被測材料的表面并保持一定時間，然后卸除載荷力，這樣就在材料表面留下了一個一定尺寸的壓痕。測量壓痕尺寸的大小并根據載荷力的大小，就可以計算出該材料的硬度值。

1）布氏硬度

布氏硬度試驗用的壓頭是淬火鋼球，鋼球直徑有2.5mm、5mm和10mm三種。根據被測試材料的種類、硬度范圍和試件厚度的不同，測定時所選用的鋼球直徑、載荷作用力大小和載荷保持時間也就不一樣。

布氏硬度的試驗原理如圖1-2所示。將直徑為D的鋼球或硬質合金球，在一定載荷P的作用下壓入試樣表面，保持一定時間后卸除載荷，所施加的載荷與壓痕表面積的比值即為布氏硬度。布氏硬度值可通過測量壓痕平均直徑d查表得到。

當壓頭為鋼球時，布氏硬度用符號HBS表示，適用于布氏硬度值在450以下的材料。壓頭為硬質合金時用符號HBW表示，適用于布氏硬度在650以下的材料。符號HBS或HBW之前的數字表示硬度值，符號后面的數字按順序分別表示球體直徑、載荷大小及載荷保持時間。如120HBS10/1000/30表示直徑為10mm的鋼球在1000 kgf（9.807 kN）載荷作用下保持30 s測得的布氏硬度值為120。

布氏硬度的優點是測量誤差小、數據穩定；缺點是壓痕大，不能用于太薄件或成品件。最常用的鋼球壓頭適于測定退火鋼、正火鋼、調質鋼、鑄鐵及有色金屬的硬度。

2）洛氏硬度

洛氏硬度的試驗原理如圖1-3所示。在初載荷和總載荷（初載荷與主載荷之和）的先后作用下，將壓頭（金剛石圓錐體或鋼球）壓入試樣表面，保持一定時間后卸除主載荷，用測量的殘余壓痕深度增量h1-h0計算硬度值（h0為初載荷壓入的深度，h1為卸除主載荷后殘余壓痕的深度）。洛氏硬度用符號HR表示，根據壓頭類型和主載荷不同，分為九個標尺，常用的標尺為A、B、C，見表1-1。符號HR前面的數字為硬度值，后面為使用的標尺，如50HRC表示用C標尺測定的洛氏硬度值為50。

實際測量時，硬度值可從洛氏硬度計的表盤上直接讀出。洛氏硬度的優點是操作簡便、壓痕小、適用范圍廣。缺點是測量結果分散度大。

表1-1 常用洛氏硬度的符號、試驗條件及應用

3）維氏硬度

維氏硬度的試驗原理如圖1-4所示。將頂部兩相對面具有規定角度（136°）的正四棱錐體金剛石壓頭在載荷P的作用下壓入試樣表面，保持一定時間后卸除載荷，所施加的載荷與壓痕表面積的比值即為維氏硬度。維氏硬度可通過測量壓痕對角線長度d查表得到。維氏硬度用符號HV表示，符號前的數字為硬度值，后面的數字按順序分別表示載荷值及載荷保持時間。如640HV30/20表示在30 kgf（294.2 N）載荷作用下保持20 s測定的維氏硬度值為640。根據施加的載荷范圍不同，規定了三種維氏硬度的測定方法，見表1-2。

維氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的優點，既可測量由極軟到極硬的材料的硬度，又能互相比較。既可測量大塊材料、表面硬化層的硬度，又可測量金相組織中不同相的硬度。

硬度實際上是一種綜合的力學性能，模具材料的各種性能要求，在圖樣上只通過標注硬度來表示。作為成形用的模具應具有足夠高的硬度，才能確保使用性能和使用壽命。如冷作模具一般硬度在52～60HRC范圍內，而熱作模具硬度一般在40～52HRC范圍內。

表1-2 維氏硬度的測定方法（GB/T4340.1－1999）

熱硬性是指模具在受熱或高溫條件下保持高硬度的能力。多數熱作模具和某些冷作模具，應具有一定的熱硬性，才能滿足模具的工作要求。

鋼的硬度和熱硬性主要決定于鋼的化學成分、熱處理工藝，以及鋼的表面處理工藝。

2.耐磨性

模具在工作中承受很大的摩擦，從而導致模具工作面磨損。所以，耐磨性能是衡量模具使用壽命的重要指標。

模具的磨損形式很復雜，主要有磨粒磨損、黏著磨損、氧化磨損和疲勞磨損等。如冷作模具的磨損形式通常是磨粒磨損和黏著磨損，而熱作模具的磨損形式主要是氧化磨損。

磨損形式不同，影響耐磨性的因素也各不相同。一般情況下，主要的影響因素是硬度和組織。當沖擊載荷較小時，耐磨性與硬度成正比關系；當沖擊載荷較大時，表面硬度越高并非耐磨性越好，超過一定的硬度值之后耐磨性反而下降。在鋼的組織中，鐵素體的耐磨性最差、馬氏體的耐磨性較好、下貝氏體的耐磨性最好。另外，碳化物的性質、數量和分布狀態對耐磨性也有顯著的影響。

3.強度和塑性

評價材料強度和塑性最簡單有效的辦法就是測定材料的拉伸曲線。在標準試樣（見圖1-5）兩端逐漸施加一軸向拉伸載荷，使之發生變形直至斷裂，便可得到試樣伸長率（試樣原始標距的伸長與原始標距之比的百分率）隨應力（試驗期間任一時刻的力除以試樣原始橫截面積之商）變化的關系曲線，稱為應力-應變曲線，圖1-6所示為低碳鋼的應力-應變曲線。

在應力-應變曲線中，OA段為彈性變形階段，此時卸掉載荷，試樣恢復到原來尺寸。A點所對應的應力為材料承受最大彈性變形時的應力，稱為彈性極限。其中，OA′部分為一斜直線，應力與應變呈比例關系，A′點所對應的應力為保持這種比例關系的最大應力，稱為比例極限。由于大多數材料的A點和A′點幾乎重合在一起，一般不作區分。

在彈性變形范圍內，應力與伸長率的比值稱為彈性模量E。E實際上是OA線段的斜率，E=tanα（MPa），其物理意義是，產生單位彈性變形時所需應力的大小。彈性模量是材料最穩定的性質之一，它的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升高而逐漸降低外，其他強化材料的手段（如熱處理、冷熱加工、合金化等）對彈性模量的影響很小。材料受力時抵抗彈性變形的能力稱為剛度，其指標即為彈性模量。可以通過增加橫截面積或改變截面形狀來提高零件的剛度。

1）強度

材料的強度是指材料在外力作用下抵抗破壞的能力，它是衡量材料變形抗力和斷裂抗力的性能指標。從本質上來說，材料的強度應是其內部質點間結合力的表現。材料受外力作用時，在其內部便產生應力，此應力隨外力的增大而增大，當應力增大到材料內部質點間結合力所能承受的極限時，應力再增加便會導致內部質點的斷開，此極限應力值就是材料的極限強度，通常簡稱為強度。根據加載方式不同，強度指標有許多種，如抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度、抗扭強度等。其中，以拉伸試驗測得的屈服強度和抗拉強度兩個指標應用最多。

（1）屈服強度。在圖1-6中，應力超過B點后，材料將發生塑性變形。在BC段，塑性變形發生而力不增加，這種現象稱為屈服。B點所對應的應力稱為屈服強度（σS）。屈服強度反映材料抵抗永久變形的能力，是最重要的零件設計指標之一。實際上多數材料的屈服強度不是很明顯，因此，規定拉伸時產生0.2%殘余延伸率所對應的應力為規定殘余延伸強度，記為σ0.2，如圖1-7所示。

（2）抗拉強度。圖1-6中的CD段為均勻塑性變形階段。在這一階段，應力隨應變增加而增加，產生應變強化。變形超過D點后，試樣開始發生局部塑性變形，即出現頸縮，隨應變增加，應力明顯下降，并迅速在E點斷裂。D點所對應的應力為材料斷裂前所承受的最大應力，稱為抗拉強度σb?？估瓘姸确从巢牧系挚箶嗔哑茐牡哪芰?，也是零件設計和評價材料的重要指標。

2）塑性

塑性是指金屬材料在外力的作用下，產生永久變形（塑性變形）而不被破壞的能力。金屬材料在受到拉伸時，長度和橫截面積都要發生變化，因此，金屬的塑性可以用長度的伸長（延伸率）和斷面的收縮（斷面收縮率）兩個指標來衡量。

金屬材料的延伸率和斷面收縮率越大，表示該材料的塑性越好，即材料能承受較大的塑性變形而不破壞。一般把延伸率大于5%的金屬材料稱為塑性材料（如低碳鋼等），而把延伸率小于5%的金屬材料稱為脆性材料（如灰口鑄鐵等）。塑性好的材料能在較大的宏觀范圍內產生塑性變形，并在塑性變形的同時使金屬材料因塑性變形而強化，從而提高材料的強度，保證零件的安全使用。此外，塑性好的材料可以順利地進行某些成型工藝加工，如沖壓、冷彎、冷拔、校直等。因此，選擇金屬材料做機械零件時，必須滿足一定的塑性指標。

（1）伸長率δ：

式中 l1——拉伸后的長度（mm）；

l0——原長度（mm）。

（2）斷面收縮率ψ：

式中F1——斷口處橫截面積（mm2）；

F0——原橫截面積（mm2）。

由于δ值與試樣尺寸有關，一般規定l0=5d0（短試樣）或l0=10d0（長試樣），分別以δ5或δ10表示伸長率，δ10通常寫成δ。

一般δ達5%，ψ達10%能滿足大多數零件要求。

評價冷作模具材料塑性變形抗力的性能指標主要是常溫下的屈服點σs；評價熱作模具材料塑性變形抗力的指標為高溫屈服點或高溫屈服強度。當模具的工作應力超過模具材料的相應屈服點時，模具就會產生過量塑性變形而失效。

反映冷作模具材料的斷裂抗力的性能指標是室溫下的抗拉強度σ b、抗壓強度和抗彎強度等。反映熱作模具材料的斷裂抗力的性能指標除了抗拉強度等之外，還包括斷裂韌度（即反映裂紋擴展的抗力指標），因為大多數熱作模具的斷裂屬于表面熱疲勞裂紋擴展所造成的斷裂。（1-2）

4.韌性

韌性是材料在沖擊載荷作用下抵抗產生裂紋的一種特性，反映了模具的脆斷抗力，常用沖擊韌度αk來評定。αk越大，材料的韌性越好，在受到沖擊時越不易斷裂。沖擊韌度反應了材料抵抗沖擊載荷的能力。

αk=Ak/S（J/cm2） （1-3）

式中 Ak——沖擊功，擺錘沖斷試樣所失去的能量，即對試樣斷裂所做的功（J）；

S——試樣缺口處截面積（cm2）。

在如圖1-8所示的擺錘式沖擊試驗機上用規定高度的擺錘對處于簡支梁狀態的缺口試樣進行一次沖斷，可測得沖擊吸收功Ak。試驗所用沖擊試樣根據其缺口形狀分為U形缺口沖擊試樣和V形缺口沖擊試樣兩種，如圖1-9所示，測得的沖擊韌度分別用αku、αkv表示。

冷作模具材料因多在高硬度狀態下使用，在此狀態下αk值很小，很難相互比較，因而常根據靜彎曲撓度的大小來比較其韌性的高低。工作時承受巨大沖擊載荷的模具，須把沖擊韌度作為一項重要的性能指標。

影響強度和韌性的主要因素有材料的化學成分、冶金質量、晶粒大小、組織類型，碳化物的形狀、數量、大小及分布。所以，根據模具的工作條件和性能要求，合理地選擇模具鋼的化學成分、組織狀態及熱處理工藝，就能夠得到最佳的強韌性配合。

5.疲勞抗力

疲勞抗力是反映材料在交變載荷作用下抵抗疲勞破壞的性能指標。根據不同的應用場合，有疲勞強度和小能量多沖抗力等。對于熱作模具，大多數在急冷急熱條件下工作，必然發生不同程度的冷熱疲勞，因此，還要把冷熱疲勞抗力作為熱作模具材料的一項重要性能指標。

疲勞失效與靜載荷下的失效不同，斷裂前沒有明顯的塑性變形，發生斷裂比較突然。實際服役的金屬材料有90%是因為疲勞而破壞。疲勞破壞是脆性破壞，它的一個重要特點是具有突發性，因而更具災難性。

疲勞產生的原因是，機構上的每一點都承受交變載荷的作用，如果某一點有一小裂紋，在拉應力的作用下，裂紋擴展，在壓應力的作用下，裂紋閉合，在交變載荷的作用下，裂紋不斷被拉開和閉合，當裂紋擴展到一定程度時，機構的有效承載面積無法承受外加載荷的作用，發生突然斷裂。由此可見，疲勞斷裂是由疲勞裂紋產生－擴展－瞬時斷裂三個階段組成的。因此，疲勞斷口一般以疲勞裂紋源為中心，逐漸向內擴展形成海灘條紋的裂紋擴展區和呈纖維狀的瞬時斷裂區。

材料承受的交變應力σ 與斷裂時應力循環次數N之間的關系可用疲勞曲線來描述（見圖1-10）。隨著σ 的下降，N值增加，材料經無數次應力循環后仍不發生斷裂時的最大應力稱為疲勞極限。對稱循環交變應力的疲勞極限用σ-1表示。在實際當中，做無限次應力循環的疲勞試驗是不可能的，對于鋼鐵材料，一般規定疲勞極限對應的應力循環次數為107，有色金屬為108。

提高疲勞極限的途徑：

（1）在零件結構設計中盡量避免尖角、缺口和截面突變，以免產生應力集中，從而產生疲勞裂紋。

（2）提高零件表面加工質量，減少疲勞源。

（3）采用各種表面強化處理。

1.2.3 模具材料的選用原則

一般來說，應根據模具加工能力和模具的服役條件，結合模具材料的性能和其他因素，來選擇符合要求的模具材料。對于某一種類的模具，很多材料從基本性能上看都能符合要求，然而必須根據所制成模具的使用壽命、生產率、模具制造工藝的難易程度及成本高低來作出綜合評價，這就必須同時考慮模具材料的使用性能、工藝性能和生產成本等因素。

1.模具材料的使用性能

各種模具的服役條件不同，對模具材料的性能要求也不相同。模具工作者常要根據模具的服役條件和使用壽命要求，合理地選用模具材料及熱處理工藝，使之達到主要性能最優，而其他性能損失最小的最佳狀態。對各類模具材料提出的使用性能要求主要包括硬度、強度、塑性、韌性等。

2.模具材料的工藝性能

在模具生產成本中，材料費用只占15%左右，而機械加工、熱處理、裝配和管理等費用占80%以上。所以，模具材料的工藝性能就成為影響模具生產成本和制造難易的主要因素之一。模具材料的工藝性能主要有如下幾種：

（1）可加工性。鋼材的可加工性主要包括切削、磨削、拋光、冷拔等加工性和鍛壓加工性等。模具鋼大多屬于過共析鋼和萊氏體鋼，熱加工性能和冷加工性能都不太好，必須嚴格控制熱加工和冷加工的工藝參數。近年來為改善鋼的切削加工性，在鋼中加入易切削元素或改變鋼中夾雜物的分布狀態，從而提高模具表面質量和減少刀具的磨損。

隨著電子技術的發展，數控機床和加工中心乃至計算機控制技術的廣泛運用，模具鋼除應具有良好的切削加工性外，還要有良好的鏡面拋光性能、電加工性能及壓印翻模加工性能等。

（2）淬硬性和淬透性。淬硬性主要取決于鋼的碳含量，淬透性主要取決于鋼的化學成分和淬火前鋼的原始組織。模具對這兩種性能的要求根據其服役條件不同各有側重，對于要求整個截面有均勻一致性能的模具，如熱作模具、塑料模具，則高的淬透性顯得更重要些；而對于只要求有高硬度的小型冷作模具，如沖裁落料模具，則更偏重于高的淬硬性。

（3）淬火溫度和熱處理變形。為了便于生產，要求模具鋼的淬火溫度范圍盡可能寬些，特別是當模具采用火焰加熱局部淬火時，要求模具鋼有更寬的淬火溫度范圍。除部分采用預硬型鋼制作的模具外，絕大多數模具是在切削加工后，通過熱處理而獲得所需的組織和性能。因此，要求淬火時尺寸變化小，各向具有相近似的變化，且組織穩定。

（4）脫碳敏感性。模具鋼在鍛造、退火或淬火時，若在無保護氣氛下加熱，其表面層會產生脫碳等缺陷，而使模具的耐用度下降。脫碳敏感性主要取決于鋼的化學成分，特別是碳含量。在鋼中Wsi=0.8%～1.0%，會加劇脫碳。

1.2.4 模具材料的生產現狀和發展趨勢

隨著工業生產技術的發展和新材料的不斷出現，模具的工作條件日益苛刻，對模具材料的性能、質量、品種等方面也不斷提出了更高、更新的要求。為了適應這些要求，世界各國近年來都積極地開發了具有各種特性、適應不同要求的新型模具材料。

從我國1985年制定的國家標準GBl299/T—1985中的鋼號來看，鋼種系列比較完整，既包括了國內外通用的性能較好的模具鋼，也納入了一些國內研制的新鋼種，基本上可以滿足模具制造業的需要。但是在鋼種系列、產品結構和應用方面還存在著一些問題，主要問題如下：

（1）鋼種系列有待進一步完善，如用量很大的塑料模具鋼，在GB/T1299—1985中只納入了3Cr2Mo一個鋼號，這顯然不能滿足各種不同塑料模具的要求。

（2）鋼種產品結構和選用很不合理，如塑料模具產量很大，但目前很大數量的塑料模具是采用45鋼制造的，模具的使用壽命很低，生產的塑料制品質量不高。

冷作模具鋼的鋼號系列比較完整，但目前占產量70%左右的是Cr12、Crl2MoV、CrWMn三個鋼號。世界上用量較大、綜合性能較好的CrSMolV鋼，雖已納入國家標準，但產量很少；耐磨性較好的Crl2Mo1V1鋼，用量也不大。

熱作模具鋼的產品結構要好一些，通過10余年的大力推廣，世界上應用最廣、綜合性能較好的中合金鉻系熱作模具鋼4CrSMoSiVl的產量已居熱作模具鋼的首位。傳統的熱作模具鋼3Cr2W8V，其抗冷熱疲勞性能和韌性較低，生產成本高，在有的國家標準鋼號中已被淘汰，但是國內的產量仍較高，年產量仍在1萬噸以上，還需要進一步做工作。

1.塑料模具鋼

20世紀50年代以來，世界塑料工業迅速發展，塑料已經成為一種重要的工業材料。塑料制品大部分采用模壓成形，不少工業發達國家塑料模具的產值已經居模具產值的第一位。塑料模具鋼已逐漸發展成為一個專用鋼材系列。

我國的專用塑料模具鋼還沒有形成系列，納入GB/T1299—1985的只有3Cr2Mo一個鋼號，常選用碳素鋼，加工成形后不經熱處理就交付使用，因而模具表面粗糙度值較高，圖案花紋容易磨損，加工出來的塑料制品外觀質量很差。而精密塑料模具常采用合金工具鋼制造，機械加工性能差，熱處理變形問題更是無法解決。因此，直到目前為止，關鍵部件的塑料模具材料還依賴于進口，造成模具成本高，外匯流失嚴重。鑒于此問題，國內有關科研院所和大專院校對塑料模具專用鋼進行了研制，并取得了一些進展。

我國近年研制的塑料模具鋼主要有P20BSCa、P20SRe、FT、OCr4NiMoV（LJ）、TG2、25CrNi3MoAl、10Ni3MnCuAIMo（PMS）、OCrl6Ni4Cu3Nb（PCR）、06Ni6CrMoVTiAI、空冷12、Y82、Y55CrNiMnMoV（SM1）、Y20CrNi3AlMnMo（SM2）鋼等。

2.冷作模具鋼

冷作模具是應用范圍最廣的模具，冷作模具的產值歷來居模具制造業的首位，近年來由于塑料模具的迅速發展，在不少工業發達國家已退居模具工業產值的第二位。目前通用的冷作模具鋼可分為三大類：

（1）低合金冷作模具鋼。以CrWMn和9Mn2V為代表，耐磨性和熱硬性較差，而韌性較高，一般可采用油淬火，成本較低，廣泛用于生產批量不大的冷作模具。

（2）中合金冷作模具鋼。以Cr5MolV為代表，具有中等的耐磨性和熱硬性，韌性也較高，淬透性好，可以空淬，綜合性能好，廣泛用于生產中等批量產品的冷作模具。

（3）高碳、高鉻型冷作模具鋼。以Crl2MolVl和Crl2鋼為代表，耐磨性和熱硬性較高，由于含有大量的共晶碳化物，所以韌性較差，廣泛用于生產批量較大，要求耐磨性很高但沖擊載荷較小的冷作模具。

近年來發展的新型冷作模具鋼主要有9Cr6W3Mo2V2（GM）、6CrNiSiMnMoV（GD）、7CrSiMnMoV、8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）、5Cr4Mo3SiMnVAl（012Al）、6Cr4Mo3Ni2WV（CG-2）、7Cr7Mo2V2Si（LD）、Cr8MoWV3Si（ERS）等。

3.熱作模具鋼

熱作模具鋼主要用于制造金屬材料熱加工用的模具，用量最大的為三類通用型熱作模具鋼。

（1）低合金熱作模具鋼。代表性鋼號為5CrMnMo和5CrNiMo等，這類鋼有較好的淬透性和沖擊韌度，但熱硬性不夠，一般用于股役溫度不高而沖擊載荷較大的模具，如錘鍛模等。

（2）中合金熱作模具鋼。這類鋼為鉻系熱作模具鋼，代表性鋼號有4Cr5MoSiVI（H13）、4Cr5MoSiv（H11）、4Cr5MoWSiv（H12）、4Cr3M03Siv（H10）等。這類鋼有良好的綜合力學性能、高的熱強性、抗冷熱疲勞性能及抗液態金屬沖蝕性，已經廣泛用于鍛壓模具、鋁合金壓鑄模具和熱擠壓用模具，成為當前應用最廣的一類熱作模具鋼。

（3）高合金熱作模具鋼。應用最廣的是傳統的鎢系熱作模具鋼，如3Cr2W8V等。用于工作溫度較高的模具，近年來大部分已被中合金熱作模具鋼取代。

為了適應一些熱作模具的特殊要求，開發了一些新型高性能熱作模具鋼，主要有4Cr3Mo3W4VNb、4Cr3Mo2MnVNbB（Y4）、4CrSMo2MnVSi（Y10）、3Cr3Mo3VNb（HM3）、4SiMnW3Mo2VNb、9Mn9Ni4Cr8V2WMo、5Mnl5Cr8Ni5Mo3V2、4Cr3Mo2 NiVNbB（HD）、2Cr3Mo2NiVSi（PH）鋼等。

提高模具鋼的內在質量主要包括兩個方面。

（1）提高模具鋼的純凈度。降低鋼中有害雜質和氣體的含量，提高鋼的純凈度，是當前各模具鋼生產廠的主要努力方向之一。

如將4Cr5MoSiVl鋼中磷的質量分數從0.03%降至0.01%，可使其淬火回火后的沖擊韌度提高1倍；如果進一步降至0.001%，則可提高沖擊韌度2倍。將鋼中的氧含量降低，也可以顯著改善鋼的韌性。

（2）提高鋼的等向性。模具大部分是多向受力的，因此，提高模具鋼的等向性，改善鋼的橫向韌性和塑性，使其與縱向性能接近，就可以大幅度提高模具的使用壽命。