典型的冷作模具钢的淬火温度与硬度的关系如图1-1所示。不同钢种群的最佳淬火温度相差较大，碳素工具钢及低合金工具钢为800-850℃，冷作模具钢为1020-1040℃，高速工具钢SKH51要达到1220℃。淬火温度过低时不能得到较高的硬度，而淬火温度过高又会使残留奥氏体增多及晶粒粗大，故选择合适的热处理温度十分重要。

图1-1 冷作模具钢的淬火温度与硬度关系

作为钢的淬透性研究实例，SK105、SKS3改良钢GOA（大同品牌）、SKD系的SKD11钢和DC53钢（大同品牌）的连续冷却转变如图1-2所示。模具钢是空冷淬硬钢，如按照分析结构钢淬透性的乔米尼曲线来表示的话，则都会变成直线看不出差异，而用连续冷却转变图可看出珠光体及贝氏体转变区域的变化，由此可明确判断模具钢淬透性的优劣。

图1-2 冷作模具钢的淬透性（连续冷却转变图）

图1-3所示为具有代表性的冷作模具钢的回火硬度曲线。虽然其淬火硬度如前所述取决于含碳量，但回火硬度受合金元素的影响较大。低合金工具钢的硬度随回火温度上升而逐渐下降，而高合金工具钢及高速工具钢的硬度则在500℃左右回火时有再上升的特点。这一现象被称为二次硬化，是由于在该温度下产生的微细碳化物VC及Mo2C析出硬化所致。

图1-3  冷作模具钢的回火硬度曲线

图1-4所示为冷作模具钢和高速工具钢的显微组织。SKD11钢为低温回火组织，8%Cr-2%Mo（DC53）钢为高温回火组织。SKD11钢呈现一次粗大碳化物与微细球状碳化物的混合组织，而8%Cr-2%Mo（DC53）钢的粗大碳化物含量则较少。两种钢的碳化物类型均为（Cr，Fe）7C3.

高速工具钢SKH51的碳化物分布也比SKD11钢细小均匀，其碳化物类型以（Fe，Mo）6C为主。

图1-4 冷作模具钢和高速工具钢的显微组织

为分析典型钢种的力学性能，分别给出冲击韧度和疲劳性能，如图1-5和1-6所示。

如图1-5所示，随着硬度的上升冲击韧度下降，而在相同硬度下，DC53钢的冲击韧度高于SKD11钢，基体高速钢DRM3高于普通高速工具钢SKH51，即碳化物越细小，冲击韧度越高。

图1-6  冷作模具钢的疲劳性能

图1-6所示为常用硬度下的冷作模具钢的疲劳性能。一次碳化物最细小的基体高速钢的疲劳强度最高，有粗大碳化物的SKD11钢则较低。

8%Cr-2%Mo钢作为替代SKD11钢的改良钢种，已形成稳定的市场。

图1-7所示为该钢种的特点，该钢种最早是由日本开发的，现在欧美国家也在制造同类的钢种。钢种的一次碳化物呈均匀弥散分布，所以在模具加工时表现出了良好的切削加工性和出色的研磨性，在使用中可抑制碳化物引起的裂纹，从而显出高韧性和高疲劳性能。

 图1-7 8%Cr-2%Mo系冷作模具钢的特点

其另一特点是在500-540℃高温回火时硬度能达到62HRC以上，这是SKD11钢所不能及的。SKD11钢通常在150-200℃ 的回火硬度可达61HRC左右，而高温回火硬度低于60HRC。因此，采用线切割加工各种冲头和模具时，对8%Cr-2%Mo钢进行高温回火后，其残留应力较小，加工后的变形也小，而且还可得到较高的硬度。

在高温回火后使用8%Cr-2%Mo钢时，其缺点是热处理后尺寸变化比较明显。前述基体系冷作模具钢中的DCMX钢（大同品牌）改善了这一不足，不但尺寸变化较小，而且各向差异性也较小，其具体比较数据如图1-8所示。

图1-9  时效尺寸变化的防止对策