影响热锻模寿命的因素很多，其中影响最大的是模具钢的选用及热处理工艺制度。通过合理选择模具材料（包括原材料质量等）并实施正确的热处理，以满足热锻模的性能要求，延长模具的使用寿命。

1.合理选用热作模具钢

根据热锻模工作条件及失效形式等，合理选用模具用钢，并优先选择纯净度高、等向性好，经过炉外精炼、电渣重熔和多向锻造的高质量模具钢。

（1）选用5Cr2NiMoVSi（5Cr2）钢 5Cr2钢采用碱性平炉加真空喷射冶金精炼法熔炼生产，具有二次硬化能力，高温强度比5CrNiMo钢高50%，热硬性好（比5CrNiMo钢提高工作温度100～150℃），冲击韧度则与5CrNiMo钢相当。另外，该钢热磨损性、热疲劳性及抗热裂纹扩展的能力也高于5CrNiMo钢，对于500mm×500mm截面的锻模，其心部硬度比5CrNiMo钢高出13HRC，可解决5CrNiMo和5CrMnMo钢模具型腔表面易于发生热磨损、热机械疲劳，以及模具寿命普遍较低的问题，模具寿命提高1倍左右。

实例 东风EQ-140型载货汽车前轴热锻模，外形尺寸为1825mm×395mm×300mm，要求硬度为37～41HRC。被加工材料为45钢，锻造温度为1230～1260℃。原采用5CrNiMo钢制作模具时，使用中因热磨损和热裂严重而失效，模具使用寿命一般为5500～6000件。在改用5Cr2钢制作后，模具使用寿命显著提高，达到了9000件左右。

（2）选用3Cr3Mo3VNb（HM3）钢 该钢具有更高回火稳定性、热强性，以及明显的二次硬化效果。HM3钢热锻模的寿命一般为4Cr5MoSiV1（H13）钢热锻模的2倍左右。

实例 采用4Cr5W2SiV钢制热锻模，使用寿命虽然比5CrNiMo钢高1倍，但仍低于1000件，使用中易产生磨损、塌陷、型腔胀大、开裂等早期失效现象。改用HM3钢制作热锻模具后，模具的使用寿命分别比5CrNiMo和4Cr5W2SiV钢的提高5～10倍和2～5倍。

2.采用强韧化、表面强化处理工艺

热锻模采用强韧性处理、真空热处理和化学热处理等工艺，可以改善使用性能，延长使用寿命。

（1）提高淬火温度 提高热锻模用钢的淬火温度，以保证有足够的合金元素固溶于基体中，从而提高高温强度、组织稳定性及冷热疲劳强度。

实例 3Cr2W8V钢制W1001型挖掘机行走链条销轴（40Cr钢）热锻模的强韧化处理。

1）原热处理工艺。原采用1050～1100℃淬火，600～620℃回火后，热锻模的硬度为47～49HRC，使用过程中出现早期的断裂和塌陷失效，使用寿命为500～2000件。

2）高温淬火与模具寿命。采用高温加热淬火（500℃×30min预热+1150℃×15min加热油淬）和高低温回火工艺（660～680℃×3h油冷+220℃×2h空冷），可保证模具钢的晶粒度在10级左右，尽管硬度为39～41HRC，但其寿命高达7000～10000件。

（2）等温淬火工艺 热锻模采用等温淬火工艺，在适当等温温度下可获得下贝氏体组织，使其具有较高的强韧性。

实例 5CrNiMo、5CrMnMo钢制热锻模的等温淬火工艺：淬火温度为930～950℃，保温5～6h后出炉，预冷至800℃左右后入油，冷至180～200℃（热锻模表面温度）立即放入230～280℃硝盐浴中，保温6h后空冷到室温，组织为马氏体+下贝氏体，心部全部为下贝氏体。

模具等温淬火后的回火温度：5CrNiMo钢为490～510℃；5CrMnMo钢为510～530℃。等温淬火后热锻模的模具寿命明显提高，见表6-4。

表6-4 等温淬火后热锻模的寿命

（3）复合热处理（锻热淬火+高温回火） 锻热淬火的目的不是要利用余热，而是要将在锻造过程中产生的大量的微细亚结构和高密度位错，通过淬火保留下来。根据组织结构遗传性原理，这些组织特征将在后续热处理过程中大部分被保留下来，使材料的各项性能均有所提高。锻热淬火后的高温回火是为了获得良好的切削加工性能，并为最终热处理提供较好的组织基础。

实例 5CrMnMo钢热锻模的复合热处理。

1）原热处理工艺。850℃×1h加热，油冷，480℃×5h回火。最终获得回火针状马氏体。一般的热锻模寿命仅为1000～2000件。

2）复合热处理工艺。在复合工艺（见图6-3）中，采用锻热淬火和高温回火及等温淬火和低温回火。

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图6-3 5CrMnMo钢热锻模的复合热处理工艺曲线

3）模具寿命。复合工艺使模具的硬度、强度值提高43%左右。原工艺处理的模具出现裂纹后再锻打350件即完全开裂，而复合工艺出现裂纹后再锻打2100件，裂纹并未见明显扩展，最后因型腔尺寸超差而失效。热锻模具经复合热处理后使用寿命最低在4000件以上（期间返修两次），比原工艺提高2～3倍。

3.采用化学热处理工艺

采用碳氮共渗、氮碳共渗、硫氮碳共渗等化学热处理工艺，可显著提高热锻模具的表面硬度、冷热疲劳强度、抗氧化性和耐磨性等，渗硼可提高模具型腔的耐磨性与抗咬合性，并容易脱模。

实例1 将5CrMnMo钢热锻模加热到900℃进行碳氮共渗并进行高温淬火，再经过500℃的高温回火后，在保证模具钢的耐热性、耐磨性及一定硬度的前提下，可提高热锻模热疲劳寿命。如果再进行540℃×4h的气体氮碳共渗，可使模具的表面具有良好的抗氧化、抗咬合及减摩性能，从而进一步提高模具寿命。与常规的热处理相比，模具寿命可提高5～6倍。

实例2 5CrNiMo钢连杆热锻模，外形尺寸为600mm×500mm×325mm。

（1）原工艺 首先将模具加热到840℃，保温后预冷到750～800℃，淬入30～80℃热油中冷却，560℃回火。处理后的模具寿命偏低，主要失效形式是崩裂和型腔磨损，在20副失效模具中，崩裂和型腔磨损分别占35%和45%，因崩裂和型腔磨损失效模具的平均寿命分别为1348件和2952件。

（2）改进工艺与模具寿命 采用提高淬火温度与等温淬火方法提高热锻模的强韧性，采用局部稀土硼共渗提高热锻模的耐磨性和寿命。

1）淬火。将淬火温度由原来840℃提高到900℃，并将模具预冷750～800℃入油淬火，改为900℃出炉空冷至780℃左右直接于230～280℃硝盐中等温3h，以获得下贝氏体和马氏体复合组织，最后于560℃回火两次，使材料的韧性显著提高，并将燕尾在660℃单独回火。

2）稀土硼共渗。热锻模在箱式炉加热时，可用铸铁屑加木炭对燕尾进行保护，型腔涂覆粉末渗硼剂，共渗剂（质量分数）为B₄C5%+KBF₄10%+木炭5%+Ce稀土化合物5%+SiC75%。热锻模经900℃×3h稀土硼共渗后，再加热到900℃并保温后，预冷到780℃左右，在230～280℃硝盐中等温3h，最后于560℃回火两次。

3）模具寿命。经上述处理后模体硬度为38HRC，燕尾硬度为34HRC，型腔表面硬度达1650HV0.1，渗硼层深为185μm。共渗层主要由Fe₂B、FeB组成，还有少量的CeFe₅、CeFe₇等稀土化合物，可避免锻坯粘模现象，模具耐磨性显著提高，同时提高了锻件的外观质量，模具平均寿命提高了1.5倍。主要失效形式为热磨损（占60%），10副模具平均寿命为8438件。

4.采用真空热处理工艺

真空热处理可使热锻模获得更高的表面质量，且热处理畸变小，表面硬度高，从而提高模具的使用性能和使用寿命。

实例 推土机履带板的链轨节热锻模，外形尺寸为540mm（长）×220mm（宽）×80mm（厚），质量约80kg，模具材料为4Cr5MoSiV1（H13）钢。

（1）普通热处理工艺 采用普通箱式炉加热淬火+井式回火炉回火，木炭+甲醇气氛保护，油淬，冷至150℃左右，立即回火3次。该工艺处理的模具在25MN及40MN机械热模锻压力机上使用。锻件材料为35MnB钢，模具寿命较低，模具失效形式有早期整体开裂、模膛早期出现热疲劳裂纹。这主要是由于模具硬度偏高时韧性不足，硬度偏低时强度及耐磨性不足造成的。因此，应采用真空热处理工艺。

（2）真空热处理工艺 采用VTF-90型真空高压气淬炉及VTF-669型真空正压回火炉，对H13钢模具采取真空高压气淬（见图6-4）+真空正压回火（见图6-5）工艺。

图6-4 H13钢的真空高压气淬工艺曲线

图6-5 H13钢的真空正压回火工艺曲线

（3）模具寿命 真空热处理后模具表面硬度为45±1HRC，满足技术要求（44～48HRC）。金相组织为弥散的隐针马氏体+极少量残留奥氏体，马氏体级别为2级。经生产使用，H13钢模具寿命分别由600件提高到9000件（25MN压力机）、8000件提高到12000件（40MN压力机），模具热处理畸变量由0.4mm减小为0.2mm，畸变量减小50%，并解决了模具的早期失效问题。