热疲劳断裂是铸造热锻模具的主要失效形式之一，是限制模具寿命的重要因素。因此，改善铸造模具钢的热疲劳性能对于提高热锻模具的使用寿命，加速其在国内的推广与应用具有重要的实际意义。本文采用自约束热疲劳试验法，研究了主要合金元素C、Cr、Mo、V及微量元素Ti、Nb与回火温度对铸造热锻模具钢热疲劳性能的影响规律，并分析了铸造热锻模具钢的热疲劳特性及铸造模具钢热疲劳裂纹的萌生和扩展机理，为铸造热锻模具钢的合金成分优化及热处理工艺的制定提供了理论依据。研究结果表明：合金元素对铸造热锻模具钢的热疲劳性能有显著影响，适当的C、Cr、Mo、V以及加入微量元素Ti、Nb可明显提高铸造模具钢的热疲劳抗力。0.3％C铸钢的热疲劳抗力最高，碳含量过高会恶化热疲劳性能。440℃回火时，Cr、Mo溶入α-Fe基体可提高铸钢的热强性；但在600℃回火时，钢中铬含量过多会导致粗大的Cr₂₃C₆析出，过多的钼促使Mo₆C呈链状沿晶界析出，均显著降低铸造模具钢的热疲劳抗力。无论440℃回火还是600℃回火，V／C为3.0的铸钢中均析出细小弥散的VC，其热疲劳性能最好。研究发现：铸造热锻模具钢的热疲劳属于高周热疲劳，其热疲劳抗力主要取决于铸钢的热强性和热稳定性。铸造模具钢的热疲劳裂纹主要在碳化物与基体的交界处和晶界处萌生，热疲劳裂纹的扩展路径既有沿晶扩展，也有穿晶扩展。新型铸造热锻模具钢经合金成分优化，其热疲劳抗力明显高于国产H13锻钢，与8407钢热疲劳性能相近。