4Cr5Mo2V压铸模具钢的热变形行为

刘嘉舟; 张永强; 陈琳琳; 邸英南; 迟宏宵; 周健; 杨银辉

doi:10.20057/j.1003-8620.N260101

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4Cr5Mo2V压铸模具钢的热变形行为

形变与相变 | 更新时间：2026-10-13

- 4Cr5Mo2V压铸模具钢的热变形行为
- Hot Deformation Behavior of 4Cr5Mo2V Die-Casting Die Steel
- 特殊钢 2026年47卷第5期页码：96-105
- 作者机构：
  
  1.昆明理工大学材料科学与工程学院，昆明 650093
  2.先进特殊钢全国重点实验室，北京 100081
  3.大冶特殊钢有限公司，黄石 435001
  4.广东小鹏汽车科技集团有限公司，广州 510530
- 作者简介：
  
  刘嘉舟（2002—），男，硕士，工程师；E-mail：1093793862@qq.com
  杨银辉（1975—），男，博士，教授；E-mail：yyhyanr@sina.com
- 基金信息：
  
  新材料重大专项项目资助(2025ZD0611100)
- DOI：10.20057/j.1003-8620.N260101
  中图分类号： TG316.1
- 收稿：2026-06-30，
  
  修回：2026-08-09，
  
  录用：2026-08-11，
  
  纸质出版：2026-09-30
- 稿件说明：
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刘嘉舟,张永强,陈琳琳等.4Cr5Mo2V压铸模具钢的热变形行为[J].特殊钢,2026,47(05):96-105.

Liu Jiazhou,Zhang Yongqiang,Chen Linlin,et al.Hot Deformation Behavior of 4Cr5Mo2V Die-Casting Die Steel[J].Special Steel,2026,47(05):96-105.
刘嘉舟,张永强,陈琳琳等.4Cr5Mo2V压铸模具钢的热变形行为[J].特殊钢,2026,47(05):96-105. DOI：10.20057/j.1003-8620.N260101.

Liu Jiazhou,Zhang Yongqiang,Chen Linlin,et al.Hot Deformation Behavior of 4Cr5Mo2V Die-Casting Die Steel[J].Special Steel,2026,47(05):96-105. DOI：10.20057/j.1003-8620.N260101.

摘要

通过在Gleeble 3800 热模拟试验机对特大型4Cr5Mo2V压铸模具钢进行热压缩实验，设置变形参数：变形温度为1 000~1 200 ℃，应变速率分别为0.01、0.1、1、10 s

-1

，变形量50%。结果表明：温度与应变速率对流变应力的影响显著，且流变应力随着温度升高而降低，随应变速率增大而升高。并基于双曲正弦修正的Arrhenius方程推导出特大型4Cr5Mo2V压铸模具钢的高温流变本构模型，并得到其热变形激活能Q=387.273 kJ/mol。进一步推导出应变补偿性本构方程以此来提高模型的精确度，最后得出预测值与实验值的线性相关系数R

=0.976，证明了应变补偿性本构方程具有较高的精度和可靠性。根据建立的热加工图得到最佳的热加工窗口为1 030~1 200 ℃、应变速率小于0.060 s⁻¹。结合显微组织分析得出低温高应变速率下组织呈链状未完全再结晶特征，动态再结晶是一个热激活过程，提高变形温度可获得均匀的等轴晶粒，但温度过高会导致晶粒粗化。研究结果为4Cr5Mo2V大型压铸模具锻造工艺的优化提供了理论依据。

Abstract

Hot compression experiments were conducted on a large-scale 4Cr5Mo2V die-casting die steel using a Gleeble 3800 thermal simulation testing machine. The deformation parameters were set as follows： deformation temperatures ranging from 1 000 ℃ to 1 200 ℃， the strain rates were 0.01 s⁻¹， 0.1 s⁻¹， 1 s⁻¹， 10 s⁻¹ respectively， and a reduction of 50%. The results show that both temperature and strain rate have significant effects on the flow stress； specifically， the flow stress decreases with increasing temperature and increases with increasing strain rate. A high-temperature flow constitutive model for the large-scale 4Cr5Mo2V die-casting die steel was derived based on the hyperbolic-sine modified Arrhenius equation， and the thermal deformation activation energy was determined to be 387.273 kJ/mol. A strain-compensated constitutive equation was further developed to enhance the model accuracy. The linear correlation coefficient （R²） between the predicted and experimental values was found to be 0.976， confirming that the strain-compensated constitutive equation possesses high precision and reliability. Based on the established processing maps， the optimal hot-working window was identified as 1 030 ℃–1 200 ℃ with strain rates below 0.060 s⁻¹. Microstructural analysis revealed that at low temperatures and high strain rates， the microstructure exhibits chain-like， incompletely recrystallized features. Dynamic recrystallization is a thermally activated process； increasing the deformation temperature promotes uniform equiaxed grains， but excessively high temperatures lead to grain coarsening. These findings provide a theoretical basis for optimizing the forging process of large 4Cr5Mo2V die-casting molds.

关键词

Keywords

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赵健，杨仁强，王立青，等 . PMO作用下高品质H13热作模具钢生产实践［J］. 特殊钢， 2026 ， 47 （ 2 ） 27 - 31 .

杜傲博，祝志超，姚忠波，等 . 4Cr5Mo2V模具钢冲击吸收能量波动原因分析［J］. 大型铸锻件， 2025 ，（ 3 ）： 58 - 63 .

钟庆元，孙晓林，崔利民，等 . 4Cr5Mo2V热作模具钢锻件退火组织异常成因与改善［J］. 南方金属， 2026 ，（ 1 ）： 53 - 56 .

Gu J B ， Li J Y ， Chang R J ， et al . Comprehensive effect of nitrogen on Cr-Mo-V hot-working die steel with enhanced strength and toughness ［J］. Materials Science and Engineering： A ， 2019 ， 766 ： 138386 .

Huang W H ， Lei L P ， Fang G . Microstructure evolution of hot work tool steel 5CrNiMoV throughout heating， deformation and quenching ［J］. Materials Characterization ， 2020 ， 163 ： 110307 .

Hu Z Q ， Wang K K ， Yang Y . Deformation behavior and evolution of austenite microstructure and texture during hot compression of 5CrNiMoV steel ［J］. Metallography， Microstructure， and Analysis ， 2020 ， 9 （ 4 ）： 576 - 587 .

Hu X ， Wang Z Y ， Wang L ， et al . Effect of pre-deformation on hot workability of super austenitic stainless steel ［J］. Journal of Materials Research and Technology ， 2022 ， 16 ： 238 - 250 .

Zhou H L ， Gao R M ， Zhang S G ， et al . Processing map of 17-4 pHmartensitic stainless steel and microstructural evolution during hot deformation ［J］. Journal of Materials Research and Technology ， 2026 ， 41 ： 6124 - 6133 .

Feng H M ， Cui Y ， Zhao Y L ， et al . Hot workability and recrystallization mechanism of 60NiTi alloy ［J］. Materials Science and Engineering： A ， 2025 ， 944 ： 148927 .

Zhou Y H ， Lin X ， Kang N ， et al . Hot deformation induced microstructural evolution in local-heterogeneous wire + arc additive manufactured 2219 Al alloy ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2021 ， 865 ： 158949 .

Xia X S ， Chen Q ， Li J P ， et al . Characterization of hot deformation behavior of as-extruded Mg–Gd–Y–Zn–Zr alloy ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2014 ， 610 ： 203 - 211 .

Mohebbi M S ， Parsa M H ， Rezayat M ， et al . Analysis of flow behavior of an Nb-Ti microalloyed steel during hot deformation ［J］. Metallurgical and Materials Transactions A ， 2018 ， 49 （ 5 ）： 1604 - 1614 .

Jonas J J ， Sellars C M ， McG Tegart W J . Strength and structure under hot-working conditions ［J］. Metallurgical Reviews ， 1969 ， 14 （ 1 ）： 1 - 24 .

Li Y ， Zhang Y ， Tao N ， et al . Effect of the Zener–Hollomon parameter on the microstructures and mechanical properties of Cu subjected to plastic deformation ［J］. Acta Materialia ， 2009 ， 57 （ 3 ）： 761 - 772 .

Mirzadeh H ， Cabrera J M ， Prado J M ， et al . Hot deformation behavior of a medium carbon microalloyed steel ［J］. Materials Science and Engineering： A ， 2011 ， 528 （ 10-11 ）： 3876 - 3882 .

Mirzadeh H ， Parsa M H ， Ohadi D . Hot deformation behavior of austenitic stainless steel for a wide range of initial grain size ［J］. Materials Science and Engineering： A ， 2013 ， 569 ： 54 - 60 .

Zener C ， Hollomon J H . Effect of strain rate upon plastic flow of steel ［J］. Journal of Applied Physics ， 1944 ， 15 （ 1 ）： 22 - 32 .

Lei C ， Wang Q D ， Ebrahimi M ， et al . Hot deformation behavior and processing maps of an As-cast Al-5Mg-3Zn-1Cu （wt%） alloy ［J］. Materials ， 2023 ， 16 （ 11 ）： 4093 .

Ning Y Q ， Yao Z K ， Guo H Z ， et al . Investigation on hot deformation behavior of P/M Ni-base superalloy FGH96 by using processing maps ［J］. Materials Science and Engineering： A ， 2010 ， 527 （ 26 ）： 6794 - 6799 .

Venugopal S ， Mannan S L ， Prasad Y V R K . Processing maps for hot working of commercial grade wrought stainless steel type AISI 304 ［J］. Materials Science and Engineering： A ， 1994 ， 177 （ 1-2 ）： 143 - 149 .

Prasad Y V R K . Author’s reply： Dynamic materials model： Basis and principles ［J］. Metallurgical and Materials Transactions A ， 1996 ， 27 （ 1 ）： 235 - 236 .

Narayana Murty S V S ， Nageswara Rao B . Ziegler’s criterion on the instability regions in processing maps ［J］. Journal of Materials Science Letters ， 1998 ， 17 （ 14 ）： 1203 - 1205 .

S. V. S. Narayana Murty and B . Nageswara Rao. Ziegler''s criterion on the instability regions in processing maps ［J］. Journal of Materials Science Letters ， 1998 ， 17 （ 14 ）： 1203 - 1205 .

Ziegler H . Some extremum principles in irreversible thermodynamics， with application to continuum mechanics . Progress in Solid Mechanics 1963 ； 4 ： 93 – 193

Senthilkumar V ， Balaji A ， Narayanasamy R . Analysis of hot deformation behavior of Al 5083–TiC nanocomposite using constitutive and dynamic material models ［J］. Materials & Design ， 2012 ， 37 ： 102 - 110 .

Wang K L ， Lu S Q ， Fu M W ， et al . Optimization of β/near-β forging process parameters of Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si by using processing maps ［J］. Materials Characterization ， 2009 ， 60 （ 6 ）： 492 - 498 .

Xu X D ， Zhang P C ， Fang J F ， et al . The hot deformation behavior and processing map analysis of a high-nitrogen austenitic stainless steel ［J］. Journal of Materials Research and Technology ， 2024 ， 33 ： 1359 - 1365 .

Wang B J ， Zhang Y ， Tian B H ， et al . Effects of Ce addition on the Cu-Mg-Fe alloy hot deformation behavior ［J］. Vacuum ， 2018 ， 155 ： 594 - 603 .

Xu X ， Xu R ， Qiu C X ， et al . Hot deformation behavior and microstructure evolution of the Al-2.5at.%Nd alloy ［J］. Journal of Materials Research and Technology ， 2026 ， 42 ： 7130 - 7147 .

Hu Y X ， Huang J H ， Fu H B ， et al . Hot deformation and dynamic recrystallization behavior of C56E2 bearing steel ［J］. Journal of Materials Research and Technology ， 2026 ， 42 ： 7694 - 7705 .

Di Y N ， Fu B ， Ma D S ， et al . Hot deformation characteristics and dynamic recrystallization behavior of Cr5 die casting mold steel ［J］. Journal of Materials Research and Technology ， 2024 ， 30 ： 3547 - 3557 .

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