高载荷热锻场景：模具钢该选高硬度还是高韧性？

在高载荷热锻生产过程中，模具钢的选择直接关系到模具的使用寿命、生产效率和生产成本。模具作为热锻工艺的核心载体，使用寿命与稳定性直接决定生产效率、产品精度及综合成本。而模具钢的性能选型，尤其是高硬度与高韧性的平衡，始终是行业内的核心痛点。
一、高载荷热锻场景的工况本质与失效模式
高载荷热锻的工况复杂度远超普通锻造工艺，其核心应力环境可概括为三种：一是瞬时高压载荷，锻件成型过程中模具需承受数百甚至上千MPa的压力；二是循环热冲击，模具反复与高温锻坯接触，表面快速升温后又经冷却系统降温，形成冷热循环，易产生热疲劳裂纹；三是剧烈摩擦与冲击，锻坯与模具型腔的相对运动产生强烈摩擦，同时坯料成型时的不均匀受力会对模具造成冲击载荷。

模具常见失效模式主要分为三类：其一，磨损失效，包括磨粒磨损、粘着磨损，多因模具表面硬度不足，无法抵御锻坯的摩擦与挤压；其二，断裂失效，如脆性断裂、疲劳断裂，无法吸收冲击能量与释放循环应力，最终裂纹扩展导致崩边、崩角甚至整体断裂；其三，热疲劳失效，表现为模具表面出现网状裂纹，本质是硬度与韧性的协同性不足，无法应对循环热应力的交替作用。
二、高硬度与高韧性的性能定位及适配场景
（一）高硬度模具钢：聚焦耐磨性与抗压性
高硬度源于钢材内部细密的碳化物析出与马氏体组织强化，能有效抵御锻坯的摩擦磨损与高压挤压，减少型腔变形，保障锻件尺寸精度的稳定性。
适配场景主要为低冲击、高耐磨需求的高载荷热锻工况。常见高硬度模具钢型号包括H13、SKD61、DC53等，其中H13钢通过合理的淬火回火工艺，可在保证HRC52-58硬度的同时，兼顾一定韧性，是高载荷热锻场景的常用材质。
（二）高韧性模具钢：聚焦抗冲击与抗疲劳性
高韧性模具钢以冲击韧性为核心评价指标，其核心优势在于能吸收冲击能量、缓解应力集中，抵御循环热应力与瞬时冲击载荷，降低断裂与热疲劳失效风险。高韧性源于钢材的低碳含量、合理的合金元素配比及细化的晶粒组织，可有效抑制裂纹的萌生与扩展，提升模具的抗失效能力。

适配场景主要为高冲击、高应力集中的高载荷热锻工况。常见高韧性模具钢型号包括可瑞得CH302、可瑞得CH307等，其中CH302钢韧性优异，能适应高温高压下的冲击载荷，广泛应用于大型热锻模具。
三、典型案例分析
某汽车零部件企业生产大型发动机曲轴锻件，采用3H13模具钢制作热锻模具，初期因未优化热处理工艺，模具硬度不足，使用1000件后型腔磨损严重，锻件精度超差；后续调整热处理工艺，将硬度提升至HRC54-56，同时保留足够韧性，配合表面氮化处理，模具使用寿命提升至5000件以上，综合生产成本降低40%。
总结
高载荷热锻模具钢的选择应遵循"韧性优先，兼顾硬度"的原则。在保证模具不发生脆性断裂的前提下，通过合理的表面处理技术提高耐磨性。具体选材时，应综合考虑锻件材料、锻造方式、模具结构、生产批量等因素，选择性价比最优的模具钢材料。