热疲劳是热作模具特别是压铸模具最重要的无效形式之一。压铸件与高热金属材料接触，反复加热制冷，导致热疲劳，导致工件表面微裂纹甚至干裂纹。因此，科学研究热作模具钢的热疲劳性能非常重要。

　　热疲劳：

　　金属复合材料因温度场循环系统引起的热应力循环(或热应变力循环系统)而引起的疲劳损伤称为热疲劳。

　　早就在17 1829年，德国煤炭工业技术工程师W在新世纪初开始探索材料的热疲劳性能.A.J.Albert首次探索了脆性断裂。未来，德国工程师Wohler还将对金属材料进行大量的热疲劳实验，并给出了地应力-使用寿命曲线图和疲劳强度值的概念来描述疲劳的个人行为。自20世纪30年代以来，Duhamel分析了热疲劳极限，将原材料损坏归咎于热不均匀形成的内应力，科学研究了铝合金在加热过程中产生的内应力计算公式。

　　形成原因：

　　在高温环境下工作时，金属零件的工作温度不稳定，有时会发生很大的变化。如果受到控制，零件内部结构会产生内应力（也称为温差应力）。环境温度不断变化，内应力也不断变化，导致原材料疲劳损伤。

　　塑性变形具有很强的耐热应变能力，因此不易产生热疲劳。另一方面，非金属材料的耐热应变能力较差，内应力很容易实现原材料的破裂应力，因此容易受到热冲击和破坏。

　　特点：

　　(1)典型表面疲劳裂纹开裂，如图所示。

　　(2)裂纹可以沿晶体结构走，也可以穿透晶体结构；一般裂纹顶部锐利，裂纹中有或充满金属氧化物。

　　(3)宏观经济断裂面呈深灰色，覆盖金属氧化物。

　　(4)裂纹来自表面，裂纹扩展深度与地应力、时间和温差变化相匹配。

　　热疲劳裂纹外观1热疲劳裂纹外观2相关因素：

　　（1）环境中的温度场和工作频率变化越大，就越容易产生热疲劳。

　　(2)由不同线膨胀系数的材料组成时，容易发生热疲劳。

　　(3)晶粒粗大不对称，容易发生热疲劳。

　　(4)位错分布第二相质点对热疲劳的形成有促进作用。

　　(5)原料可塑性差，容易发生热疲劳。

　　(6)零件的几何结构对金属飙升和收拢有很大的约束作用，容易发生热疲劳。

　　热疲劳试验方法：

　　(1)湿热疲劳等试验方法:

　　本实验方案应首先分析实验钢中热疲劳循环中的高温和超低温支撑条件，选择等效电路温度，通过调整材料增加的机械应力，进行应力载荷和卸载能量循环，然后等效电路模拟磨具无效损坏。

　　(2)自管束热疲劳试验方法:

　　它是目前应用最广泛的热疲劳实验方案。该方法选择热模具的布和低环境温度进行热疲劳循环系统。热模具表面和芯温度场过低会产生压力和拉伸应力，导致热模具表面长期下拉压力应力裂纹，深入研究试验钢的热疲劳性能。

　　(3)热-机械设备疲劳试验方法:

　　该实验方案结合了等温过程法和自控束法的优点，选择热模中的布和低环境温度进行冷热交替，同时不断将实验设备载入机械应力。

　　热疲劳试件的尺寸(b)热疲劳机设备热疲劳裂纹扩展

　　热疲劳裂纹由表面逐渐产生，环节为：空缺根部形状变化不均匀，出现一些细微的不均匀，然后在脆性断裂的大部分产生一些契合微裂纹，充满空气氧化侵蚀。此后，其中一个微裂纹发展为主要裂纹，其他裂纹由于热应力松弛不会再扩展。此后，其中一个微裂纹发展为主要裂纹，其他裂纹由于热应力松弛不会再扩展。

　　H13钢(a～c)4Cr5Mo2V钢(d～f)经过1000次热疲劳循环系统后，试件表面裂纹外观热疲劳通常是晶间裂纹，裂纹周围有晶体碎化。疲劳区的断裂面为深灰色，其宏观外观在氧化层开裂时具有独特的花卉图案。清洁后，可注意到疲劳裂纹扩展垂直痕迹和腐蚀坑。

　　H13钢在20-630℃下循环系统500次后的裂纹图热疲劳性能解决方案

　　(1)控制和优化热处理方法

　　根据热处理方法的控制和改进，可以有效地管理模具钢的结构组织结构和第二相同的结构。与传统的热处理相比，等温淬火具有很强的塑性韧性、耐热性和疲劳性，还可以降低复杂磨具变形和干裂的概率。此外，真空淬火的选择可以避免模具钢氧化反应引起的渗碳、热处理变形和热处理容易开裂，可以延长热模具钢的使用寿命。

　　(2)合金成分可靠性设计

　　热疲劳裂纹通常在位错等缺点开始萌发和扩展。因此，根据模具钢合金成分的可靠性设计，加上一定量的Mg、Mn、V、Ni、W等合金成分并控制其在模具钢组织中的存在，可以在一定程度上减少位错原素，提高位错强度，防止热疲劳裂纹的萌发和扩展，从而提高热疲劳性能。

　　(3)磨具表面处理

　　1)激光熔化：激光熔化是由高密度激光辐射源基材和涂层材料熔化，形成低稀释率的表面喷涂，提高原材料的耐腐蚀性、耐磨性、耐热性和耐热疲劳性。

　　2) 表面处理：模具钢采用多元化共渗，可在一定程度上提高热疲劳性能。热作模具钢通过C、N、O、S、B共渗后，表面渗碳体、硼化物、氮化合物等也起到弥漫作用，防止裂缝扩张，提高热疲劳抵抗力。此外，高频淬火还能提高热作模具钢的热疲劳性能。

　　结语

　　热疲劳作为压铸钢早期失效的重要原因，一直困扰着磨具客户。公司开发了具有良好耐热疲劳性能的SDH90模具钢制品，并提供无白净层渗氮处理，然后在材料和表面处理层处理初始热疲劳问题。现阶段，对于磨具出现小裂缝，公司发布抛丸和渗氮处理复合解决方案，可关闭裂缝，提高现役使用寿命。对于一些表面起泡和开裂严重的磨具，抛丸和钝化可以显著改善表面起泡。