本文针对目前H13系热作模具钢在7系铝合金热挤压生产过程中出现的变形、崩裂等导致模具早期失效、使用寿命短的问题,采用光学显微镜、SEM、EDS、洛氏硬度计、摆锤冲击试验机等设备,通过显微组织特征观察,分析碳化物类型及演化规律;结合硬度、冲击性能表现,研究淬火+多次回火的热处理工艺、Mo、Si、V等合金元素以及表面氮化处理对三种成分不同的H13系热作模具钢的组织与性能的影响,并进行分析探讨和总结,确定模具材料优选与热处理工艺优化,实现模具材料组织性能强韧化控制,有效提高H13系铝合金挤压模具在生产使用过程中的寿命。研究结果表明:(1)随着回火温度的提高,组织中马氏体特征逐渐减弱,逐渐出现索氏体特征,碳化物数量增多,组织均匀性提高,同时硬度降低,韧性增强,冲击断口特征逐渐由偏脆性转变为偏韧窝断裂;(2)V元素显著影响材料的晶粒尺寸,高V型H13系钢淬火后晶粒细小,同时V元素可以一定程度地提高钢的回火稳定性和二次硬化能力;Si元素含量高不利于合金元素融入基体,阻止碳化物的聚集长大,可以有效提高钢的回火稳定性,但在一定程度上降低钢的韧度;Mo含量的增加可能会使二次硬化的温度峰值提高,增大二次硬化的温度范围,增强二次硬化有效性;(3)三种实验钢经520°C×5 h+560°C×5 h氮化处理后,渗层氮化物均匀程度高,氮化层脆性低。其中低Si低V高Mo型H13系钢48 HRC硬度的氮化试样表现出优异的韧性,且渗层均匀,厚度均能保持在120μm以上;(4)三种实验钢中低Si低V高Mo型H13系钢经1020°C淬火,560°C×1 h一次回火+580°C×1 h三次回火,520°C×5 h+560°C×5 h氮化处理后可以达到最好的硬度、韧性匹配以及表面强化效果。