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(huán)次數(shù)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(nèi)部擴展時,每一應力循環(huán)的擴展量;斷裂韌性反映材料對已存在的裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴展的抗力.斷裂韌性高的材料,其中的裂紋如要發(fā)生失穩(wěn)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(jīng)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(fā)生失穩(wěn)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(fā)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(huán)數(shù),也可以用經(jīng)過一定的熱循環(huán)后所出現(xiàn)的疲勞裂紋的條數(shù)及平均的深度或長度來衡量.