我國常用熱作和冷作模具的化學(xué)成分以及國際通用模具鋼可以看出：常用熱作模具鋼多是中等C含量（0.3%～0.6%）、常用冷作模具鋼多是高C含量（一般為0.60%～1.70%、個別達到2.30%），但也有部分低碳滲碳鋼和馬氏體不銹鋼的碳含量只有0.10%～0.40%，所有熱作和冷作模具鋼都加入Cr、Ni、Mn、W、Mo、V、Si、Ti、Nb和Co以及稀土等合金元素，這些合金元素在模具鋼中的作用及其對模具使用性能的影響可定性地歸納為：

1）碳的影響

C是對鋼的強度和硬度影響最顯著的元素。C的原子半徑較基體鐵小，在C固溶強化時，晶格發(fā)生嚴重畸變，同時提高淬透性、增大內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)C含量在0.2%～0.7%時，隨C含量的增加，強度和硬度增加，但沖擊韌性下降。C又是穩(wěn)定奧氏體元素，當(dāng)C含量超過0.7%時，鋼在室溫下會有一定數(shù)量的殘余奧氏體，因此硬度不會再有大幅度提高，但耐磨性仍不斷增加，而沖擊韌性大大下降。所以，絕大多數(shù)熱作模具鋼的C含量都控制在0.3%～0.5%。傳統(tǒng)的熱作模具鋼的C含量多在0.5%～0.6%，增加合金元素含量的耐熱模具鋼和耐熱抗磨損模具鋼的C含量分別在0.3%～0.45%和0.6%～0.8%。根據(jù)對硬度的要求，冷作模具鋼的C含量多在0.7%～1.7%。按照模具鋼C含量和合金元素及其使用特性，可以將熱作模具鋼分為四類：

（1）C含量為0.5%～0.6%的5CrNiMo等低合金高韌性半耐熱常規(guī)模具鋼；

（2）C含量為0.3%～0.45%的4Cr5MoV1Si(H13)和3Cr3Mo3VNb等中等韌性耐熱模具鋼；

（3）C含量為0.3%～0.4%的3Cr3W8V等高合金耐高溫抗磨損模具鋼；

（4）C含量為0.6%～0.8%的8Cr3等抗磨損模具鋼。

此外，由于C的原子半徑較小，在高溫容易擴散、聚散，因此回火穩(wěn)定性較差，影響高溫強度和硬度。可見不能單獨依靠增加C含量來提高模具鋼的強韌性。

２）鉻的影響

Cr是鐵素體形成元素，又是碳化物形成元素，在模具鋼中加入一定量的Cr可提高鋼的淬透性和硬度，同時，Cr還可以提高鋼的高溫抗腐蝕性能和抗氧化性能。無論是熱作模具鋼還是冷作模具鋼中都應(yīng)該加入一定數(shù)量的Cr，例如，常用熱作模具鋼主要有Cr5系、Cr-W系和Cr-Ni-Mo、Cr-Mn-Mo系幾類；常用冷作模具鋼主要有Cr12(含Cr12MoV)系、Cr-W-V系、Cr-W-Mn系和Cr-W-Si系。

3）鎳和錳的影響

Ni和Mn是穩(wěn)定奧氏體元素，在模具鋼中加入一定量的Ni和Mn可以提高鋼的韌性。Ni和Mn又是金屬間化合物形成元素，在時效過程中會產(chǎn)生沉淀硬化，進一步強化模具鋼。

4）鈮和鈦的影響

Nb和Ti是強碳化物形成元素，易形成一次碳化物。在模具鋼中加入少量的Ti和Nb（一般小于1%），可以細化晶粒、提高韌性并提高硬度。

5）鎢、鉬和釩的影響

W、Mo和V既是固溶強化元素，又是碳化物形成元素。在模具鋼中加入一定量的W、Mo和V可以提高強度和硬度。W、Mo和V的碳化物硬度很高，當(dāng)在鋼基體中以彌散顆粒存在時，能提高耐磨性。W、Mo和V的原子半徑較大，在鋼中不易擴散，在與Fe原子轉(zhuǎn)換固溶的強化效果雖然不如C原子顯著，但在高溫條件下強化作用的穩(wěn)定性強，因此，即使在高溫也有較高的強度和硬度，所以回火穩(wěn)定性優(yōu)異。在回火時，W、Mo和V可以和擴散的C結(jié)合形成彌散分布的碳化物，產(chǎn)生二次強化效果。

6）鈷的影響

Co與C形成的碳化物的結(jié)合能略低于Fe，不單純形成碳化物，可少量代替Fe進入碳化物，與Fe有很好的互溶性。模具材料加入Co能提高紅硬性、高溫硬度，能提高鋼的導(dǎo)熱性等。

7）硅和鋁的影響

Si和Al都不是碳化物形成元素，Si和Al是很好的脫氧劑，鋼中加入少量的Si對二次硬化、紅硬性、高溫硬度都明顯有利。

鋼中Al可以固溶于鐵素體和奧氏體中，為強鐵素體的元素，對工模具鋼有增加硬度的作用。