模具在工作中受到急冷、急熱的作用而產生的熱應力，是導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生微細裂紋，這種裂紋有的呈單條狀的，有的則連成細網狀，又稱為“龜裂”。
熱疲勞裂紋的產生，除和交變的拉、壓應力有關外，模具表面被高溫氧化也是不可忽視的原因。由于熱應力、氧化腐蝕、被加工毛坯擠入裂紋中等因素的作用，熱疲勞裂紋產生后將繼續擴展。
熱疲勞是熱作模具特別是壓鑄模具常見的失效形式，由于熱疲勞而導致失效的鋁模具占失效總數的60%～70%。模具表面溫度的提高使表面有膨脹的傾向，但被模具內層溫度較低的部分所約束，使模具表面出現壓縮應力。由于高溫模具表面層材料的屈服強度將下降，因此，熱應力很容易超過模具材料的屈服強度而使表面層發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力逐漸減小并轉變為拉應力。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，產生的拉應力也就愈大，熱疲勞裂紋的產生也就愈快。
在研究模具的熱疲勞抗力與鋼的沖擊韌度關系時發現，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，導致模具早期失效。裂紋擴展區的斷面往往存在較多的油深，但是，由于存在巨大的鍛壓力，使模具中產生很大的機械應力，它促使熱疲勞裂紋繼續向內部擴展。當模具材料具有足夠高的斷裂韌度值時，熱疲勞裂紋可繼續進行亞穩擴展，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力強度因子時，將發生失穩擴展，模具將由于低應力脆斷而失效。
熱疲勞裂紋引起的失效是壓鑄模具的主要失效形式。在多次冷熱循環后，模具表面反復經受壓縮和拉伸應力的循環從而導致熱疲勞的產生。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生，而且和熱循環的速度、模具的熱處理工藝和表面處理也有密切的關系。裂紋萌生的循環周次和模具材質、應變水平等因素有關。
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