模具在工作中受到急冷、急熱的作用而產(chǎn)生的熱應(yīng)力，是導(dǎo)致模具熱疲勞的主要原因。模具的熱疲勞是在模具型腔表面產(chǎn)生微細裂紋，這種裂紋有的呈單條狀的，有的則連成細網(wǎng)狀，又稱為“龜裂”。
熱疲勞裂紋的產(chǎn)生，除和交變的拉、壓應(yīng)力有關(guān)外，模具表面被高溫氧化也是不可忽視的原因。由于熱應(yīng)力、氧化腐蝕、被加工毛坯擠入裂紋中等因素的作用，熱疲勞裂紋產(chǎn)生后將繼續(xù)擴展。
熱疲勞是熱作模具特別是壓鑄模具常見的失效形式，由于熱疲勞而導(dǎo)致失效的鋁模具占失效總數(shù)的60%～70%。模具表面溫度的提高使表面有膨脹的傾向，但被模具內(nèi)層溫度較低的部分所約束，使模具表面出現(xiàn)壓縮應(yīng)力。由于高溫模具表面層材料的屈服強度將下降，因此，熱應(yīng)力很容易超過模具材料的屈服強度而使表面層發(fā)生壓縮性的塑性變形。當鍛件脫模后，模具表面迅速降溫，特別是當采用噴水冷卻時，模具表面立即降到室溫，由此產(chǎn)生了相反方向的溫度梯度，因此當鍛件脫模后，在模具外表層中的壓應(yīng)力逐漸減小并轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力。模具表層金屬隨加熱和冷卻而膨脹或收縮，模具與注射入模的高溫金屬液或壓入的高溫坯料間的溫差愈大，模具表層的膨脹和收縮量就愈大，產(chǎn)生的拉應(yīng)力也就愈大，熱疲勞裂紋的產(chǎn)生也就愈快。
在研究模具的熱疲勞抗力與鋼的沖擊韌度關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，如模具鋼的沖擊韌度愈高，則模具的熱疲勞抗力也愈高。模具的硬度高低對熱疲勞抗力的影響也是顯著的。5CrNiMo鋼硬度與熱疲勞敏感度的關(guān)系，模具熱處理后的硬度愈高，其熱疲勞抗力愈低。
模具的熱疲勞是熱作模具的普遍損壞形式。產(chǎn)生的熱疲勞裂紋常常是早期脆斷、機械疲勞的裂紋源，所以它能加速模具的斷裂。出現(xiàn)熱疲勞裂紋后，也能加劇模具的磨損過程，因此推遲模具的熱疲勞裂紋的產(chǎn)生是提高模具壽命的重要方面。模具基體硬度較低時鍛件質(zhì)量的細小裂紋，則仍可使用。反之，模具基體塑韌性低，則小裂紋會迅速擴展成粗大裂紋，導(dǎo)致模具早期失效。裂紋擴展區(qū)的斷面往往存在較多的油深，但是，由于存在巨大的鍛壓力，使模具中產(chǎn)生很大的機械應(yīng)力，它促使熱疲勞裂紋繼續(xù)向內(nèi)部擴展。當模具材料具有足夠高的斷裂韌度值時，熱疲勞裂紋可繼續(xù)進行亞穩(wěn)擴展，形成較深的機械疲勞裂紋；當模具材料的斷裂韌度值小于裂紋尖端的應(yīng)力強度因子時，將發(fā)生失穩(wěn)擴展，模具將由于低應(yīng)力脆斷而失效。
熱疲勞裂紋引起的失效是壓鑄模具的主要失效形式。在多次冷熱循環(huán)后，模具表面反復(fù)經(jīng)受壓縮和拉伸應(yīng)力的循環(huán)從而導(dǎo)致熱疲勞的產(chǎn)生。由于模具型腔公受到金屬液的沖刷，無熱鍛模中金屬塑變摩擦力作用，所以壓鑄模熱疲勞裂紋呈龜裂狀。裂紋剖面呈短條狀，垂直于型面。裂紋寬度和長度大小不等，一般寬為0.5mm左右，長約1mm左右，裂紋中有氧化物和液體金屬殘留。壓鑄模具形成熱疲勞（龜裂）的因素較多，澆注溫度和模具的預(yù)熱溫度之間溫差愈大、冷卻速度愈快，則熱疲勞裂紋愈容易產(chǎn)生，而且和熱循環(huán)的速度、模具的熱處理工藝和表面處理也有密切的關(guān)系。裂紋萌生的循環(huán)周次和模具材質(zhì)、應(yīng)變水平等因素有關(guān)。
進一步詳情請致電021-57628777,以獲得更多有關(guān)模具選材、模具熱處理工藝及相關(guān)的應(yīng)用信息。
