熱作模具鋼的高性能化首先從改善韌性開始。已經(jīng)知道高速工具鋼在淬火冷卻速度慢時(shí)，大約在900~1000℃碳化物析出于晶界或晶格缺陷處，隨著回火硬度的減小韌性降低，這種現(xiàn)象在熱作模具鋼淬火的情況下也同樣看到。特別是熱作模具鋼在淬火冷卻速度小時(shí)易生成貝氏體。通過高溫回火貝氏體相變?yōu)殍F素體加碳化物，但與馬氏體回火情況相比韌性降低。這是因?yàn)樵诩崩浯慊穑ㄓ屠洌r(shí)形成相當(dāng)于寬度0.2m程度的馬氏體板條束，隨著淬火冷卻速度的降低還生成了貝氏體。
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20世紀(jì)80年代中葉，由上述結(jié)果形成了熱作模具鋼適用的熱處理方法是采用急冷淬火馬氏體回火熱處理法，如大同特殊鋼的HIT法熱處理工藝，或在貝氏體相變區(qū)以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度冷卻的控制淬火法。圖1中表示熱作模具鋼中沖擊值和斷裂韌性值KIC與淬火冷卻速度（半冷時(shí)間）間的關(guān)系。

圖1  斷裂韌性KIC值與沖擊值與淬火冷卻速度間的關(guān)系
采用的另一個改善韌性的方法是高純凈鋼生產(chǎn)法的開發(fā)。在精煉中高純凈化通常是定向的目標(biāo)，精煉技術(shù)的發(fā)展，更適用于工具鋼。這是引入從1950年時(shí)歐美開發(fā)的爐外精煉技術(shù)。爐外精煉爐是熔化與精煉分開進(jìn)行的二次精煉，所謂鋼包精煉是將鋼包內(nèi)通氬氣等進(jìn)行攪拌、真空處理、電弧加熱處理等合并采用的有效率地精煉方法(圖2)。

圖2  二次精煉法（LF法）的概要
日本從20世紀(jì)60年代至70年代，引入此技術(shù)時(shí)進(jìn)行了改良，結(jié)果將氧、硫等雜質(zhì)及非金屬夾雜物顯著降低。特別在熱作模具鋼中發(fā)揮了它的效果，隨著一般韌性及斷裂韌性的提高力學(xué)性能的各向異性也極小。從20世紀(jì)80年代后半期各公司應(yīng)用此技術(shù)生產(chǎn)出高純凈鋼，日立金屬、日本高周波、山陽特殊鋼等公司宣傳命名為高純凈鋼。由于高純凈化硫含量約0.002%，氧含量10×10-6以下，其純凈度當(dāng)雜質(zhì)含量為0.004%時(shí)與原來相比降低1/2以下，夾雜物約降低1/5。

圖3  SKD61等向性能改善鋼與原先鋼韌性的比較圖
SKD61系列鋼種包括：日本大同模具鋼DHA1、日本日立模具鋼DAC、日本山陽特殊制鋼QD61、日本高周波鋼業(yè)KDA、日本三菱制鋼HD21AX以及瑞典烏德霍姆工具鋼UDDEHOLM ORVAR SUPREME、德國葛利茲模具鋼1.2344等。
伴隨著韌性的提高及各向異性降低的情況示于圖3。在實(shí)際模具材料生產(chǎn)中，與高純凈化的同時(shí)合并采用了沒有凝固偏析的鑄錠法、均熱處理及鍛造法等。根據(jù)將二次精煉等技術(shù)適用于壓鑄模情況的實(shí)用性能，與原先工程材料相比，工具壽命提高1.5~3倍。
與上述改良的同時(shí)，各公司通過化學(xué)成分的研討進(jìn)行高性能材料的開發(fā)。
鋁壓鑄根據(jù)制品用途的要求其品質(zhì)也是多樣的。如一般應(yīng)用鋁壓鑄的情況熔融金屬溫度是620~660℃，但像照相機(jī)體那樣重視制品表面的制品，模具初始熱裂紋的產(chǎn)生必須極遲緩。為此希望模具的硬度盡可能高。用于VTR磁帶錄像機(jī)或OA輸出放大器零件等形狀復(fù)雜高精度的精密壓鑄法，熔融金屬溫度超過700℃。還有由于汽車零件等輕量化，所以從原先的鑄鐵替換為鋁合金的情況；采用高熔點(diǎn)的耐蝕耐磨高硅系鋁合金，這種鋁合金的熔融金屬溫度也在700℃以上。這種情況下模具承受的熱負(fù)荷苛刻。熱疲勞或熔損容易進(jìn)展，作為模具必須要700℃以上高溫強(qiáng)度高的熱作模具鋼。

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