4Cr5MoSiV硬化热作模具钢，源自美国的H11钢

4Cr5MoSiV热作模具钢综合解析
4Cr5MoSiV

是一种空淬硬化热作模具钢，源自美国的H11钢，以其优异的综合性能成为工业制造领域的关键材料。该钢种在耐热性、韧性和抗疲劳性能上显著优于传统3Cr2W8V钢，广泛应用于高温工况下的模具与结构部件。以下从成分、性能、热处理及应用等方面展开分析。

一、化学成分与合金设计

4Cr5MoSiV采用中碳铬钼钒合金体系，具体成分如下：

• 
  
  碳（C）
  
  ：0.33～0.43%
• 
  
  铬（Cr）
  
  ：4.75～5.50%
• 
  
  钼（Mo）
  
  ：1.10～1.60%
• 
  
  钒（V）
  
  ：0.30～0.60%
• 
  
  硅（Si）
  
  ：0.80～1.20%
• 
  
  锰（Mn）
  
  ：0.20～0.50%
• 硫、磷含量均控制在≤0.030%，以保障纯净度。

合金设计逻辑

：

• 铬、钼协同提升淬透性和高温强度，支持截面≤150mm的模具空冷淬硬。
• 钒细化晶粒并增强耐磨性，硅提高抗氧化能力，中碳含量平衡硬度和韧性。

二、核心物理与力学性能

物理特性

• 
  
  密度
  
  ：7.69 t/m³
• 
  
  临界温度
  
  ：Ac₁（853℃）、Ac₃（912℃）、Ms（310℃）
• 
  
  线膨胀系数
  
  ：20～700℃区间从10.0×10⁻⁶/℃升至13.6×10⁻⁶/℃
• 
  
  热导率
  
  ：100℃时25.9 W/(m·K)，700℃时降至25.9 W/(m·K)

力学性能

• 
  
  退火硬度
  
  ：≤235 HB（压痕直径≥3.95 mm）
• 
  
  淬回火硬度
  
  ：≥52 HRC（550℃回火后）
• 
  
  弹性模量
  
  ：20℃时227 GPa，500℃时降至192 GPa

三、热处理工艺与组织调控

关键热处理流程

：

1. 
   
   预热
   
   ：790±15℃（减少热应力）
2. 
   
   奥氏体化
   
   ：盐浴1000±6℃或可控气氛1010±6℃，保温5～15分钟
3. 
   
   冷却
   
   ：空冷（利用高淬透性避免变形）
4. 
   
   回火
   
   ：550±6℃（二次硬化峰值区间）

工艺要点

：

• 避免低于400℃回火，以防氢脆风险。
• 表面处理推荐氮化（530～550℃），硬度可超1000 HV，提升耐磨性。

四、典型应用场景

1.

热作模具领域

• 
  
  压铸模具
  
  ：铝/镁/锌合金压铸模，耐热疲劳性能优异（工作温度400～500℃）。
• 
  
  热锻与挤压工具
  
  ：热锻模、高速精锻模、挤压芯棒（硬度建议42～50 HRC）。
• 
  
  注塑模具
  
  ：适用于高温工程塑料（如PEEK）成型。

2.

高温结构部件

• 飞机、火箭中500℃以下工作的承力件，如耐热支架、紧固件。

3.

特殊工况部件

• 高温轴承、耐磨衬套、热剪切刀具等。

五、性能优势与局限性

优势

• 
  
  抗热裂性
  
  ：可承受喷水强制冷却，适应铝挤压模频繁冷热循环。
• 
  
  强韧性平衡
  
  ：高温强度与冲击韧性协同，优于3Cr2W8V钢。
• 
  
  尺寸稳定性
  
  ：热处理变形率低，适合精密模具。

局限性

• 
  
  耐磨性中等
  
  ：需通过渗氮或涂层强化表面。
• 
  
  高温限制
  
  ：超过540℃后硬度急剧下降，长期工作温度建议≤500℃。

六、使用注意事项

1. 
   
   硬度控制
   
   ：铝合金压铸模建议维持45～50 HRC，过高硬度易引发热疲劳裂纹。
2. 
   
   加工后处理
   
   ：电火花加工（EDM）后需200～300℃去应力回火。
3. 
   
   工况适配
   
   ：高挤压比或高强度金属（如钢）挤压时，模具寿命可能缩短，需优化润滑方案。

结语

4Cr5MoSiV凭借其空淬硬化特性、优异的耐热疲劳性及良好的强韧性匹配，成为热作模具钢领域的标杆材料。从航空航天耐热部件到民用压铸模具，其性能表现均验证了合金设计的科学性。未来，通过表面改性技术与热处理工艺的协同创新，该钢种在极端工况下的应用潜力有望进一步拓展。