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热作模具在现代工业生产中起着不可替代的作用。H13钢(4Cr5MoSiV1)为目前国内常用的热作模具钢,但是当使用温度高于600℃后该钢的性能便不能满足要求,主要表现为高温硬度不够,导致疲劳开裂。解决问题的关键是提高材料的高温强韧性及热疲劳性能。本文以H13钢为依据,降低C、Si、Cr、V的含量,提高Mo的含量,同时结合Nb微合金化,添加适量Nb,设计了HG1钢。以金属材料强韧化理论为依据,对HG1钢和H13钢进行多种工艺的热处理,利用材料学的现代分析测试技术,对两种材料经过热处理之后的回火稳定性、热稳定性和热疲劳性能进行测试和分析,得出以下结论:(1)在1020～1130℃的淬火试验结果表明,HG1钢由于含碳量少于H13钢,其在相同温度下的淬火硬度低于H13钢,但晶粒直径始终小于H13钢,淬火温度越高,差别越明显。(2)在500～700℃的回火稳定性试验结果表明,在回火过程中,HG1钢出现二次硬化,温度范围为540～580℃,而H13钢的二次硬化温度范围为520～560℃。回火温度低于600℃时,HG1钢的硬度小于H13钢2～6HRC,而高于600℃后,HG1钢的硬度大于H13钢2～4HRC。(3)在600℃和650℃的热稳定性试验结果表明,随着时间延长,HG1钢的硬度下降速度低于H13钢,600℃时硬度值始终小于H13钢,差值范围是0.1～2HRC,而650℃时硬度值大于H13钢,差值范围是1.7～2.1HRC。(4)在循环温度上下限分别为700℃和20℃的热疲劳试验过程中,HG1钢的表面裂纹在300次时出现,H13钢在400次时出现。H13钢在经历500次循环之后裂纹开始明显粗化,HG1钢在经历1000次循环之后裂纹才开始明显粗化,且粗化速度小于H13钢。(5)热疲劳试验之后,HG1钢试样的主裂纹深度、宽度均远小于H13钢,受热中心横截面的显微硬度下降梯度也远小于H13钢。