熱模鍛（預鍛和終鍛）模具鋼是模鍛件生產中最為重要和用量最大的鋼種，也是模鍛件生產廠家最為關注的模具鋼。目前常用熱作模具鋼大致可以劃分為兩個層次：以5CrNiMo和5CrMnMo為代表的傳統(tǒng)（普通）熱作模具鋼和以4Cr5MoV1Si（H13）、4Cr5W2VSi及3Cr3Mo3VNb為代表的優(yōu)質模具鋼。

現以最具有代表性的、不同檔次的典型熱模鍛模具鋼5CrNiMo、4Cr5W2VSi和3Cr3Mo3VNb為例，對它們的力學性能和物理性能（常數）及其與使用效果之間的關系作一探討。

為了解模具鋼的性能與使用特性（或壽命）之間的關系，北京航空材料研究院研究了典型熱作模具鋼5CrNiMo、4Cr5W2VSi和3Cr3Mo3VNb的力學性能與溫度、硬度與溫度以及抗回火穩(wěn)定性和冷熱疲勞性能關系。三種鋼試樣的熱處理工藝如下：

（1）5CrNiMo鋼：鹽浴爐865℃保溫15min，油淬；電爐回火500℃保溫1.5h空冷；沖擊和熱穩(wěn)定試樣380℃～400℃回火；硬度46.0HRC～46.5HRC。

（2）4Cr5W2VSi鋼：鹽浴爐1070℃保溫10min，油淬；電爐回火590℃保溫1.5h，空冷+580℃保溫1.5h，空冷；硬度52.0HRC～52.2HRC。

（3）3Cr3Mo3VNb鋼：鹽浴爐1060℃保溫10min，油淬；電爐回火610℃保溫1.5h，油冷+580℃保溫1.5h，油冷；硬度46.2HRC～47.0HRC。

與模具使用特性相關的物理性能（常數）主要有線膨脹系數（α）、熱導率（γ）、彈性模量（E）和臨界點（A_cl、A_rl和M_s）。這些物理常數主要決定于鋼中的合金元素和C含量以及原子結合力。

熱鍛模具的熱膨脹和冷收縮引起模具體積變化，將造成內應力，從而導致模具鋼的冷熱疲勞性能下降，并在熱處理時引起模具變形。線膨脹系數取決于鋼的化學成分，模具鋼中的含有的合金元素Cr、W、Mo和Ni等使線膨脹系數減小。

彈性模量為應力與應變的比值（E=σ/ε），表示鋼的鋼度。彈性模量是原子結合力的反映，對鋼的熱處理狀態(tài)和顯微組織不敏感，隨溫度的升高而下降。在外加載荷相同的條件下，彈性模量大的鋼的變形就小，因此，彈性模量高的模具鋼在模鍛時的變形小，這就意味著模鍛的尺寸更穩(wěn)定，這對精密模鍛十分有利。