CH302是基于北方重工BZH6543改良的高韧性铬-钼-钒合金工具钢。 CH307是基于北方重工BZH6543E改良的高韧性铬-钼-钒合金工具钢。 1.2344 （CH302/CH307/CH300）热作模具钢（对应美国 AISI H13、中国 4Cr5MoSiV1）是一种高性能铬钼钒系热作模具钢，凭借其优异的热强性、抗热疲劳性和耐磨性，成为现代制造业中高温高压工况下的核心材料。

1. 化学成分与冶金质量

CH302主要化学成分

CH307主要化学成分

核心合金配比（%）：

C: 0.38-0.42（平衡硬度与韧性）、Cr: 4.8-5.5（形成致密氧化膜，抗高温腐蚀）、Mo: 1.2-1.5（抑制回火脆性，提升热强性）、V: 0.9-1.1（形成 MC 型碳化物，强化耐磨性）。

2. 关键性能指标

热疲劳抗性：在 600℃循环热应力下，抗龟裂能力较传统 H11 钢提升 30%，可承受 10 万次以上循环（如铝合金压铸模）。

高温强度：600℃时抗拉强度≥850MPa，屈服强度≥700MPa，远高于普通模具钢（如 P20 钢 600℃强度仅 450MPa）。

耐磨性：经氮化处理后表面硬度达 800-1000HV，摩擦系数从 0.8 降至 0.3 以下，适用于高磨损场景（如铜合金挤压模）。

导热性：20℃时热导率 36.0 W/(m・K)，是 H13 钢的 1.2 倍，有助于快速散热，减少热应力集中。

二、制造工艺与质量控制

1. 锻造与预处理

锻造规范：

加热温度：1050-1100℃（奥氏体化温度），避免过热（>1150℃易晶粒粗大）。

始锻温度≥1020℃，终锻温度≥850℃，单次变形量≥20%，总变形量≥40%。

预处理：

锻后缓冷至 500℃以下，再进行球化退火（780-820℃×2h 随炉冷却），获得均匀球化组织，硬度≤229HB，改善切削性能。

2. 热处理工艺

3. 表面处理技术

氮化处理：

气体氮化：520-560℃×24h，渗层深度 0.3-0.5mm，表面硬度 800-1000HV，显著提升抗粘模性（铝合金压铸模粘模频率下降 80%）。

离子氮化：可精确控制渗层厚度（0.1-0.3mm），适用于复杂型腔模具。

4. 放电加工

三、典型应用与失效分析

1. 核心应用场景

压铸模具：铝合金压铸件（如汽车发动机缸体），寿命可达 8-12 万次（H11 钢仅 5-8 万次）。

热挤压模具：铝型材挤压模（如门窗框架），承受 500-600℃高温和 100-200MPa 压力。

热锻模具：不锈钢餐具锻造（如餐刀），抗冲击载荷能力优于 H11 钢。

其他领域：热剪切刀片、玻璃模具、高速锤锻模等。

2. 常见失效形式

热疲劳裂纹：因急冷急热循环（如压铸模每模次温差达 400℃），在模腔表面形成网状裂纹。

磨损与粘模：铝合金压铸时，Fe-Al 金属间化合物导致表面熔蚀（如未氮化模具寿命仅 2 万次）。

塑性变形：长期超温（>650℃）导致硬度下降（H13 钢 650℃硬度降至 40HRC 以下）。

断裂：设计缺陷（如锐角 R<3mm）或过载（> 设计载荷 10%）引发脆性断裂。

四、性能优化与寿命提升策略

1. 材料端优化

微合金化：添加 0.05-0.1% Nb 或 Ta，细化晶粒并抑制碳化物粗化，热疲劳抗性提升 20%。

纯净度提升：采用电子束重熔（EBF）工艺，S 含量降至 0.001% 以下，疲劳裂纹扩展速率降低 50%。

2. 设计端改进

结构优化：

圆角 R≥5mm（如模腔边缘、镶块连接处），应力集中系数降低 40%。

随形冷却水道：距离模腔表面 3-5 倍孔径（如 φ10mm 水道距模腔 30-50mm），温差≤20℃。

硬度梯度设计：模腔表面 52HRC，心部 45HRC，通过表面淬火实现性能分区。

3. 制造端管控

加工精度：模腔表面粗糙度 Ra≤0.4μm（镜面抛光可减少粘模），配合面平行度误差≤0.02mm。

修复技术：激光熔覆（使用同材质粉末）修复磨损部位，修复后硬度偏差≤±2HRC。

4. 使用端维护

工况控制：

模具表面温度≤600℃（红外测温实时监控），超温预警停机。

载荷≤设计值的 90%（压力传感器实时监测）。

润滑与冷却：

高温润滑剂（石墨水基，耐温≥600℃），每 5-10 模次喷涂一次。

冷却水流速≥1.5m/s，定期酸洗除垢（每 5000 模次）。

5. 管理端创新

寿命预测：基于声发射传感器监测裂纹扩展，结合有限元模拟（如 ABAQUS）预测剩余寿命。

环境控制：车间湿度≤60%，冷却水道加装防锈剂（如亚硝酸钠溶液）。

结论：尽管 1.2344 钢初期投入较高，但其寿命优势可降低综合成本 10-30%，尤其适用于高精度、长寿命需求的模具（如汽车零部件压铸模）。

总结

1.2344（CH302/CH307/CH300） 热作模具钢凭借其化学成分优化、先进制造工艺及表面处理技术，在高温高压工况下展现出卓越的综合性能。通过全流程管控（材料选型→结构设计→制造工艺→使用维护），可显著提升模具寿命，并降低制造成本。