热模锻（预锻和终锻）模具钢是模锻件生产中最为重要和用量最大的钢种，也是模锻件生产厂家最为关注的模具钢。目前常用热作模具钢大致可以划分为两个层次：以5CrNiMo和5CrMnMo为代表的传统（普通）热作模具钢和以4Cr5MoV1Si（H13）、4Cr5W2VSi及3Cr3Mo3VNb为代表的优质模具钢。

现以最具有代表性的、不同档次的典型热模锻模具钢5CrNiMo、4Cr5W2VSi和3Cr3Mo3VNb为例，对它们的力学性能和物理性能（常数）及其与使用效果之间的关系作一探讨。

为了解模具钢的性能与使用特性（或寿命）之间的关系，北京航空材料研究院研究了典型热作模具钢5CrNiMo、4Cr5W2VSi和3Cr3Mo3VNb的力学性能与温度、硬度与温度以及抗回火稳定性和冷热疲劳性能关系。三种钢试样的热处理工艺如下：

（1）5CrNiMo钢：盐浴炉865℃保温15min，油淬；电炉回火500℃保温1.5h空冷；冲击和热稳定试样380℃～400℃回火；硬度46.0HRC～46.5HRC。

（2）4Cr5W2VSi钢：盐浴炉1070℃保温10min，油淬；电炉回火590℃保温1.5h，空冷+580℃保温1.5h，空冷；硬度52.0HRC～52.2HRC。

（3）3Cr3Mo3VNb钢：盐浴炉1060℃保温10min，油淬；电炉回火610℃保温1.5h，油冷+580℃保温1.5h，油冷；硬度46.2HRC～47.0HRC。

与模具使用特性相关的物理性能（常数）主要有线膨胀系数（α）、热导率（γ）、弹性模量（E）和临界点（A_cl、A_rl和M_s）。这些物理常数主要决定于钢中的合金元素和C含量以及原子结合力。

热锻模具的热膨胀和冷收缩引起模具体积变化，将造成内应力，从而导致模具钢的冷热疲劳性能下降，并在热处理时引起模具变形。线膨胀系数取决于钢的化学成分，模具钢中的含有的合金元素Cr、W、Mo和Ni等使线膨胀系数减小。

弹性模量为应力与应变的比值（E=σ/ε），表示钢的钢度。弹性模量是原子结合力的反映，对钢的热处理状态和显微组织不敏感，随温度的升高而下降。在外加载荷相同的条件下，弹性模量大的钢的变形就小，因此，弹性模量高的模具钢在模锻时的变形小，这就意味着模锻的尺寸更稳定，这对精密模锻十分有利。