热作模具钢的失效机制分析与应对策略

热作模具钢需在600℃以上高温环境中反复承受机械载荷与热冲击，对材料的高温强度、抗热疲劳性、抗氧化性及组织稳定性提出了极高要求。以下是热作模具钢主要失效机制：
热疲劳（龟裂）
热疲劳是热作模具最典型的失效形式。由于周期性加热与冷却，模具表面产生交变热应力，导致微裂纹萌生并扩展，最终形成网状龟裂。H13钢在压铸铝合金模具中尤为常见。热疲劳裂纹通常起源于表面缺陷、夹杂物或晶界处。
高温塑性变形（塌陷）
在高温高压下，若模具钢的高温屈服强度不足，易发生局部塑性变形，表现为型腔塌陷、棱角圆化等，直接影响成形精度。尤其在热锻模中，瞬时接触温度可达700℃以上，加剧软化倾向。
磨损与冲蚀
金属熔体在高速充型过程中对模具表面产生冲刷和粘着磨损；同时，脱模剂分解产物或氧化皮颗粒也会造成磨粒磨损。磨损会加速热疲劳裂纹扩展并降低尺寸精度。
氧化与腐蚀
高温环境下，模具表面易与空气或熔融金属发生化学反应，形成氧化皮或发生元素互扩散，导致表面脆化和成分劣化。此外，含硫、氯的脱模剂可能引发应力腐蚀开裂。

回火脆性与组织粗化
不当的回火工艺或长时间高温服役会导致碳化物聚集、马氏体基体分解，甚至出现回火脆性，使冲击韧性显著下降，促进脆性断裂。
针对上述失效机制，可采取多维度性能提升对策，核心围绕成分优化、工艺改进与使用维护规范三大方面。

成分优化方面：

采用精准合金配比，提升钢材核心性能，如增加Cr、Mo、V含量提升耐热疲劳性与热稳定性，严格控制S、P杂质含量，添加Ni元素提升韧性，实现各项性能均衡匹配。

工艺改进方面：
一是优化锻造工艺，采用预热+反复镦粗拔长+缓慢冷却的流程，击碎夹杂、细化组织，消除碳化物偏析，提升钢材致密度与力学性能均匀性；
二是采用先进冶炼工艺，如电渣重熔，提高钢质纯净度，减少非金属夹杂与偏析，提升钢材等向性与疲劳寿命；
三是优化热处理工艺，精准控制淬火与回火温度、保温时间与冷却速度，避免过热、过烧与开裂，促进二次硬化碳化物析出，平衡强度、硬度与韧性。

用维护规范方面：
一是做好模具预热，根据钢种特性确定合理预热温度避免低温冲击与热应力过大；
二是规范冷却与润滑，工作间歇采用温和冷却方式，避免激冷激热，降低摩擦与散热压力；
三是定期维护与检修，及时打磨模具表面磨损与微裂纹，对服役一段时间的模具进行去应力回火，消除积累内应力，避免裂纹扩展；
四是合理匹配工况，避免模具超温、超载荷使用，根据钢种性能极限设定工作参数。