铸造合金模具钢主要应用在汽车大型覆盖件，作为模具接触件及轴类件使用，因此要求模具钢具有良好的机械性能。本实验通过以铸代锻的方法生产冷作模具钢，使其具有高硬度、高耐磨性以及空冷淬火不易开裂的特点，节省工时。合金化和热处理是常用的改善模具钢机械性能的方法。近年来稀土作为合金化元素，在模具钢中的应用研究较多，钢中添加稀土能够显著细化晶粒，改善晶界夹杂物的形貌，不降低硬度的同时提高抗拉强度和冲击韧性。基于稀土在钢中的优良特性，本实验设计五组不同稀土添加量(0.010%,0.020%,0.032%,0.042%)的5Cr5MoVAl钢。热处理工艺包括等温球化退火，淬火和回火。等温球化退火是在860℃保温2小时，以10℃/min的速度炉冷到760℃保温4.5小时，保证硬度在250HB以下，满足对切削加工性能的要求。分别在1040℃、1080℃和1120℃淬火温度下保温30min后空冷到室温。在不同的回火温度(200℃,400℃,440℃,480℃,500℃,520℃,550℃,600℃)保温120min后空冷到室温。对不同热处理状态下的试样进行硬度的测量。根据硬度测量结果选择淬火温度为1040℃与1080℃，回火温度500℃两种热处理下的试样进行拉伸与冲击试验。采用SEM、EDS对不同热处理态的试样进行表面夹杂物的成分、数量及分布进行分析，结果表明：稀土的添加改变了组织中的夹杂物，由原来的Al2O3，AlN以及MnS，转变为稀土硫化物、稀土铝酸盐、稀土锰硫化物及大尺寸AlN夹杂。添加稀土的同时不可避免的生成大尺寸的稀土夹杂物，大尺寸的稀土夹杂主要以Al2O3和CaO为形核核心独立形核，在稀土夹杂的吸附之下合并长大。SEM与金相分析表明添加稀土并未影响其板条马氏体的结构。但是稀土的添加，粗化板条马氏体、AlN相和稀土夹杂。本实验钢的工业生产要求标准为：退火硬度＜250HB，淬火及回火后的硬度≥60HRC，抗拉强度≥950MPa.硬度和抗拉强实验度测量结果可知：添加稀土的五组试验钢退火后的硬度均在200HB左右，经过1040℃淬火及500℃回火处理后，稀土添加量为0.042%时，使用性能满足生产要求。此时硬度为62.1HRC，抗拉强度为1035MPa，相比于未添加稀土的试样(硬度62.8HRC，抗拉强度1121MPa)，力学性能相差不大。冲击实验结果表明：未添加稀土的试样冲击韧性为9.47J/cm2，稀土添加量0.042%的冲击韧性降低为6.16J/cm2，并且随着淬火温度的提高，冲击韧性降低。这可能是由于原始样中含有较多的Al元素，稀土添加主要与钢液中的Al2O3以及S元素反应生成大尺寸稀土夹杂，降低了稀土的微合金化作用，导致冲击韧性降低。利用SEM对冲击断口的分析得出：未添加稀土的试样断口为准解理断口，断口中含有较多的撕裂棱及二次裂纹。添加稀土的断口均为解理断裂，表现为沿晶断裂和部分穿晶断裂。