热锻模具钢的核心性能要求需围绕其极端工况（高温、高压、反复热冲击、剧烈摩擦）展开，需兼顾材料力学性能、热学稳定性、组织均匀性及加工经济性。以下从关键性能维度进行结构化分析：

一、高温力学性能

1. 高温强度与抗软化能力
   • 需求背景：热锻温度通常为800-1200℃，模具需在高温下保持高屈服强度（≥800 MPa）以抵抗金属流动变形力。
   • 技术指标：
     • 600℃硬度：HRC≥45（如H13钢）；
     • 1000℃强度保持率：≥70%（如GR钢通过Mo-W复合强化实现）。
   • 失效案例：3Cr2W8V钢在900℃下长期使用易发生“回火脆性”，导致硬度骤降。
2. 抗热疲劳性
   • 失效机制：模具表面反复受热（700-300℃）产生热应力，导致裂纹萌生与扩展。
   • 关键参数：
     • 热循环寿命：≥5000次（如HD钢通过添加2%Ni细化晶粒）；
     • 热导率：25-35 W/(m·K)（平衡冷却效率与热应力）。
   • 对比测试：H13钢（热导率28 W/(m·K)）在高速锻造中易出现“龟裂”，而GR钢（32 W/(m·K)）寿命提升40%。

二、耐磨性与抗塑性变形

1. 高温耐磨性
   • 摩擦工况：锻件表面氧化皮（硬度HRC50-60）对模具的磨粒磨损。
   • 解决方案：
     • 碳化物类型：MC型（V、Nb）比M₆C型（W、Mo）更细小、弥散，耐磨性提升30%；
     • 涂层技术：激光熔覆TiCN涂层（厚度0.1mm）可使模具寿命延长5倍。
   • 典型数据：Y4钢（含4%W）在不锈钢锻造中耐磨性为H13的2.2倍。
2. 抗塌陷能力
   • 失效模式：高温下模具型腔局部软化导致“塌边”，影响锻件精度。
   • 设计准则：
     • 二次硬化峰值温度：需匹配锻造温度（如GR钢在550℃二次硬化）；
     • 截面硬度差：大型模具（≥300mm）需≤3HRC（通过电渣重熔控制偏析）。

三、热稳定性与组织控制

1. 抗热稳定性
   • 关键指标：
     • 回火稳定性：600℃回火后硬度下降≤5HRC（如HD钢因Ni抑制碳化物聚集）；
     • 抗回火脆性：冲击韧性（AKV）在450℃回火后≥15 J/cm²。
   • 工艺案例：3Cr2W8V钢需采用“高温淬火+三次回火”以减少沿晶脆断风险。
2. 组织均匀性
   • 冶金缺陷控制：
     • 碳化物不均匀度：≤3级（按ASTM E45标准）；
     • 非金属夹杂物：D类（氧化物）≤1.0级（避免应力集中源）。
   • 技术对比：

     工艺	碳化物分布	冲击韧性（J/cm²）
     传统冶炼	网状偏析	12-18
     电渣重熔	粒状均匀	25-32

四、加工与经济性

1. 可锻性与可焊性
   • 锻造温度窗口：≥100℃（如H13钢锻造温度1050-1150℃）；
   • 焊接修复性：焊缝硬度与基体差异≤2HRC（GR钢因Cr当量优化可实现）。
2. 成本效益
   • 材料成本：H13（$8-12/kg）vs.HD（$20-25/kg）；
   • 寿命成本：Y4钢虽单价高，但寿命为H13的3倍，综合成本降低40%。

五、核心性能要求总结表

六、选材决策逻辑

1. 温度优先：工况温度≤800℃选H13，>900℃选GR或HD；
2. 寿命导向：高附加值锻件（如航空件）优先HD，大批量生产用H13+表面强化；
3. 风险规避：对热裂纹敏感工况（如薄壁锻件）禁用3Cr2W8V，改用HD或纳米晶钢。