熱作模具鋼在服役條件下除了承受載荷的周期性變化之外,還受到高溫及周期性的急冷急熱的作用,因此,評價熱作模具鋼的斷裂抗力應重視材料的熱機械疲勞斷裂性能.熱機械疲勞是一種綜合性能的指標,它包括熱疲勞性能、機械疲勞裂紋擴展速率和斷裂韌性三個方面.
熱疲勞性能反映材料在熱疲勞裂紋萌生之前的工作壽命,抗熱疲勞性能高的材料,萌生熱疲勞裂紋的熱循環次數較多;機械疲勞裂紋擴展速率反映材料在熱疲勞裂紋萌生之后,在鍛壓力的作用下裂紋向內部擴展時,每一應力循環的擴展量;斷裂韌性反映材料對已存在的裂紋發生失穩擴展的抗力.斷裂韌性高的材料,其中的裂紋如要發生失穩擴展,必須在裂紋尖端具有足夠高的應力強度因子,也就是必須有較大的裂紋長度.在應力恒定的前提下,在一種模具中已經存在一條疲勞裂紋,如果模具材料的斷裂韌性值較高,則裂紋必須擴展得更深,才能發生失穩擴展.
也就是說,抗熱疲勞性能決定了疲勞裂紋萌生前的那部分壽命;而裂紋擴展速率和斷裂韌性,可以決定當裂紋萌生后發生亞臨界擴展的那部分壽命.因此,熱作模具如要獲得高的壽命,模具材料應具備高的抗熱疲勞性能、低的裂紋擴展速率和高的斷裂韌性值.
抗熱疲勞性能的指標可以用萌生熱疲勞裂紋的熱循環數,也可以用經過一定的熱循環后所出現的疲勞裂紋的條數及平均的深度或長度來衡量.
