随着工业技术的快速发展，出现了各种新的热加工方法，对模具工作温度的要求更高，工作条件也更加苛刻，对此可采用特殊用途的热作模具钢，如奥氏体型热作模具钢、高速工具钢、冷热兼用基体钢、马氏体时效钢、析出沉淀（硬化）型热作模具钢，以及硬质合金和钢结硬质合金等，以获得更高的使用寿命。对于前文中已述钢种，本节不再介绍。

1.奥氏体型热作模具钢及其热处理

该类钢具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化等特点，正常的工作温度为650～800℃，硬度在30HRC以上。该类钢在高温和室温下保持奥氏体的形态。该类钢的优点：组织比较稳定，在加热和冷却过程中不发生相变，具有很高的高温强度与耐热性。其不足：线胀系数大，导热性差，热疲劳性能有所降低，不宜制作强烈水冷的模具。

铬镍奥氏体不锈耐热钢，如45Cr14Ni14W2Mo（旧牌号4Cr14Ni14W2Mo）、Cr14Ni25Co2V，抗氧化性好，可用于钛合金蠕变成形模、强腐蚀性的玻璃成形模，以及压铸用型芯等热作模具零件。

高锰系奥氏体耐热钢，如5Mn15Cr8Ni5Mo3V2（5Mn15）、7Mn10Cr8Ni10Mo3V2（7Mn10）、7Mn15Cr2Al3V2WMo（7Mn15），适于制造使用温度高于700℃但低于900℃、工作应力较高、形状简单的模具，如铜合金挤压模、钢或高温合金挤压模、粉末烧结模等。

奥氏体耐热钢的热处理方法主要有退火、固溶和时效等。对于高锰系奥氏体钢，易产生加工硬化现象，在880℃退火后可提高加工性能。固溶处理温度为1150～1200℃，水淬，处理后的组织为奥氏体+少量未溶碳化物，硬度为20HRC，固溶后在700℃长时间高温时效，弥散析出细小碳化物，在800℃时硬度为42HRC，900℃时产生过时效现象。

奥氏体耐热钢的典型钢种与化学成分见表5-57。

表5-57 奥氏体耐热钢的典型钢种与化学成分

（1）45Cr14Ni14W2Mo钢 该钢是高合金耐热钢和奥氏体型热作模具钢，经热处理后本身硬度较高，为48～52HRC，在650℃以下具有良好的力学性能，在600～800℃时因强烈的时效而得到强化，可保持较高的强度，并具有很好的韧性与塑性，在900℃以下抗气体腐蚀能力强，该钢的抗氧化性良好。

1）预备热处理为锻后退火：860～880℃×4～6h加热，空冷，硬度≤248HBW，组织为奥氏体。

2）淬火。淬火温度为1000～1100℃或1170～1200℃，水冷，组织为奥氏体。

3）45Cr14Ni14W2Mo钢的固溶与时效工艺规范见表5-58。

表5-58 45Cr14Ni14W2Mo钢的固溶与时效处理工艺规范

4）应用。45Cr14Ni14W2Mo钢可用于制作发动机气门、蒸汽和气体管道、钛合金蠕变成形模，以及具有腐蚀性的玻璃纤维成形模、压铸型芯等。

（2）无磁奥氏体耐热钢 该类钢在高温下具有良好的力学性能。用该类钢制造的模具可在较高的温度（750℃）工作。代表钢牌号有5Mn15Cr8Ni5Mo3V2（5Mn15）、7Mn10Cr8Ni10Mo3V2（7Mn10）、7Mn15Cr2Al3V2WMo（7Mn15）等。

1）7Mn15Cr2Al3V2WMo（7Mn15）钢是一种高Mn-V系无磁钢和高强度奥氏体型无磁模具钢，在各种状态下均能保持稳定的奥氏体组织，具有很低的磁导率、高的硬度和强度与较好的耐磨性等。

①预备热处理为高温退火：870～890℃×3～6h加热，炉冷至500℃以下出炉空冷，硬度为28～30HRC，组织为细晶粒奥氏体+均布颗粒状碳化物。

②7Mn15钢的固溶与时效处理工艺规范见表5-59。在固溶处理时，应注意防止氧化脱碳，最好采用盐浴炉或可控气氛炉处理。

表5-59 7Mn15钢的固溶与时效处理工艺规范

图5-3 7Mn15钢模具的渗硼工艺曲线

③气体氮碳共渗。采用RN35型气体渗氮炉。600～630℃×3～4h气体氮碳共渗，共渗介质为氨气和乙醇，表面硬度为1180HV0.1左右，渗氮层总深度为0.15mm左右。例如7Mn15钢模具用于压制恒磁材料（铁氧体、稀土恒磁），采用气体氮碳共渗处理后，压制件表面光亮、易于脱模，模具寿命为65897件，而常规固溶+时效处理的模具服役时很快产生拉毛现象，模具寿命为20535件。

④液体渗硼。液体渗硼工艺如图5-3所示，经渗硼处理后模具耐磨性是固溶处理时的5倍以上，磁导率为1.258μH/m，符合无磁要求。其寿命比固溶处理的提高3倍，显著降低了制造成本。

⑤应用。7Mn15钢适用于工作温度在700～800℃的无磁性的粉末压铸模、塑料模、冷作模具，可用于制作电子工业中的无磁模具，以及无磁轴承冷作模具等。7Mn15钢制模具在使用中的考核结果见表5-60。

表5-60 7Mn15钢应用结果

2）5Mn15Cr8Ni5Mo3V2（5Mn15）钢是高锰系奥氏体钢，它比马氏体型热作模具钢具有更高的强度和硬度，在加热与冷却过程中无相变，始终保持奥氏体组织，经适当温度固溶和时效处理后，具有较好的综合性能。该钢室温强度、硬度不高，韧性与塑性较低，脆性较大。在实际应用中，模具应预热到400～450℃。

①预备热处理为高温退火：870～890℃×3～6h加热，炉冷到500℃以下出炉空冷，退火硬度为30HRC。退火后组织为细晶粒奥氏体+均布颗粒状碳化物，利于切削加工。

②固溶与时效处理。固溶温度为1150～1180℃，水淬，硬度为18～25HRC；时效温度为700℃，时间为4h，硬度为46～47HRC。

③应用。5Mn15钢主要用于制作工作应力较高，使用温度超过700℃，且形状简单的模具，以及对高温状态的金属进行热成形的模具，如热锻模、热挤压模、压铸模及热剪切模等。如用于制造铜合金挤压模、粉末烧结用模具，其寿命分别比常用的3Cr2W8V钢模具提高4～5倍和5～10倍。

3）7Mn10Cr8Ni10Mo3V2（7Mn10）钢是一种高锰钒系无磁钢，在各种状态下均能保持稳定的奥氏体，具有非常低的磁导率，高的硬度与强度，较好的耐磨性，经适当的热处理（固溶+时效）后具有较好的综合性能。

①预备热处理为高温退火：870～890℃×3～6h加热，炉冷至500℃以下出炉空冷，硬度为28～30HRC。退火后组织为细晶粒奥氏体+均布颗粒状碳化物，利于切削加工。

②7Mn10钢的固溶与时效处理工艺规范见表5-61。

表5-61 7Mn10钢的固溶与时效处理工艺规范

③气体氮碳共渗。为了提高模具硬度、耐磨性及寿命，可采用气体氮碳共渗处理，共渗温度为560℃，保温时间为4～6h，渗氮层深度为0.03～0.04mm，渗氮层硬度为950～1100HV。

④应用。7Mn10钢用于制作在700～800℃下使用的热作模具和无磁冷作模具等。(www.daowen.com)

2.析出硬化型热作模具钢及其热处理

国产典型的析出硬化型热作模具钢，如2Cr3Mo2NiVSi（PH）等。

2Cr3Mo2NiVSi（PH）钢为析出硬化型热作模具钢，特点为制作后的模具可在淬火+中温回火（硬度42～44HRC）后，加工成形直接使用。在使用过程中表层受热析出碳化物，导致二次硬化，硬度可达48HRC，而心部组织未发生转变，从而保证了模具的耐磨性和尺寸稳定性，同时具有表面所需的高温强度和心部韧性。由于模具在机械加工前已进行了热处理，因此避免了热处理畸变与表面氧化脱碳。该钢高温强度接近或超过3Cr2W8V钢和4Cr5MoSiV（H11）钢。PH钢的化学成分见表5-62。

表5-62 PH钢的化学成分

注：w（P）和w（S）均≤0.030%。

1）预备热处理为锻后一般退火：770～790℃×2～3h加热，以小于40℃/h冷速冷却到670～690℃后，随炉冷却，硬度为217～229HBW。

2）PH钢的淬火与回火工艺规范见表5-63。

表5-63 PH钢的热处理工艺规范

注：1.截面尺寸＞100mm的模具采用油冷；截面尺寸≤100mm的模具宜采用空冷。

2.回火2次，每次2h。

3）应用。PH钢可用于制作在500～600℃范围工作的热锻模，如常啮合齿轮模和连杆模等，其寿命比4Cr5MoSiV（H11）钢提高1倍左右；经1010℃淬火、400℃回火的PH钢压力机热锻模寿命，比5CrNiMo钢的模具寿命提高1～1.5倍。该钢也适用于制造压铸模以及精密锻模等。

3.马氏体时效型耐热钢及其热处理

马氏体时效钢常用的钢牌号为18Ni（250）、18Ni（300）、18Ni（350），国产有三种钢牌号：00Ni18Co8Mo5TiAl[相当于18Ni（250）]、00Cr5Ni12Mo5TiAl（12Ni-5Cr-5Mo）、06Ni6MoVTiAl（06Ni）。该类钢经时效处理后具有超高强度与良好的塑性、韧性配合，其硬度高、耐磨性好、屈强比值高，同时具有高的断裂韧度。该类钢具有高的耐热性能，在500℃以下工作时强度不降低，高温疲劳强度高，抗氧化性能好，同时具有良好的低温性能和耐蚀性，热处理畸变小，加热不脱碳，尺寸稳定。马氏体时效钢一般空冷可全部淬成马氏体，热处理工艺简单。

（1）热处理 800～900℃加热固溶处理，水冷，硬度为30HRC，适宜车削加工；480～500℃时效处理3h，析出沉淀相，硬度为57～60HRC。

（2）应用 该类钢主要用于铝合金压铸模，其模具的使用寿命比4Cr5MoSiV1（H13）钢的模具寿命提高几倍。但该类钢价格昂贵，因此只用于制造小型精密复杂的长寿命压铸模、精密锻模和压铸模的芯棒等，也可用于制造冷挤压模、精密塑料模及精密锻模等。

18Ni类马氏体时效钢的化学成分等见本书第7.5.4节。

4.高速工具钢及其热处理

高速工具钢可用于制造高温下工作的热挤压模、热冲压冲头、热锻模等，对于要求热强性的热作模具，可选用W18Cr4V高速工具钢；对于要求承受一定冲击载荷的热加工模具，可选用W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V等高速工具钢。高速工具钢的基本特点为在600～700℃的工作温度下具有高强度和良好的热硬性，缺点是韧性较差。与常规的热作模具钢相比，高速工具钢的热硬性与热强性均较高，其寿命比3Cr2W8V、4Cr5MoSiV（H11）钢等显著提高，用在高速、高温冲头方面具有优越性。

该类钢的热处理等见本书第3.5.4节。

5.冷热兼用基体钢及其热处理

基体钢性能好，可以广泛用于制造要求高载荷、高速冲击的冷热变形模具。目前，基体钢中有较多的钢种可以兼用冷作模具钢和热作模具钢，如65W8Cr4VTi（LM1）、65Cr5Mo3W2VSiTi（LM2）、6Cr4Mo3Ni2WV（CG-2）、5Cr4W2Mo2SiV、5Cr4W5Mo2V（RM2）钢等。其中5Cr4Mo3SiMnVAl（012Al）、5Cr4W2Mo2SiV钢多用于热挤压模具。采用基体钢制造的热挤压模和精锻模，使用寿命高于3Cr2W8V钢制造的模具。

以上钢种的热处理等见本书第3.5.6节。

5Cr4W5Mo2V（RM2）钢是一种新型冷热兼用型的基体钢，是我国研制的热挤压、精密锻造模具钢，也是中碳钨钼系高热强性热作模具钢，其化学成分见表5-64。该钢工作温度可达660～700℃，因而具有较高的硬度、耐磨性、回火稳定性及热硬性。该钢还具有极高的高温强度和高温耐磨性能，缺点是不适于制作水冷及尺寸较大的冷作模具。

表5-64 RM2钢的化学成分

注：w（P）和w（S）均≤0.030%。

1）RM2钢的预备热处理工艺规范见表5-65。

表5-65 RM2钢的预备热处理工艺规范

2）RM2钢推荐的淬火与回火工艺规范见表5-66。

表5-66 RM2钢推荐的淬火与回火工艺规范

3）应用。RM2钢适用于制作小型精锻模、平锻模、压印模凸模、热挤压凸模及热切边模、辊锻模。RM2制造的切边模、齿轮精锻模、轴承环挤压冲头、不锈钢餐具辊轧模具，其寿命都远高于H13、3Cr2W8V钢制造的模具；该钢制作的齿轮精锻模，使用寿命比4Cr5MoV1Si钢模具提高1倍以上。

6.硬质合金、钢结硬质合金及其热处理

（1）硬质合金 硬质合金硬度高，耐磨性很好，工作温度可达800～1000℃，具有很高的弹性模量，较小的膨胀系数及良好的化学稳定性。用硬质合金来制作某些热作模具，其模具寿命比模具钢的高10倍以上。但是硬质合金较脆，抗弯强度和韧性较差，且不能进行机械加工。该类硬质合金模具直接烧结成形，无须机械加工和热处理。

（2）钢结硬质合金 钢结硬质合金的性能介于钢和硬质合金之间，既具有钢的高强韧性，又具有硬质合金的高硬度、高耐磨性。钢结硬质合金可以通过热处理来改变性能，并可以进行各种机械加工及热加工，更适合制造各种热作模具。例如钨钴类硬质合金可用于热切边凹模、压铸模，以及工作温度较高的热挤压凸模或凹模等。用钢结硬质合金钢制作热挤压模、热冲孔模、热平锻模等，模具寿命将大大提高。

硬质合金与钢结硬质合金的化学成分、性能及其热处理等见本书第11.3节。