壓鑄模鑲塊的熱疲勞失效行為

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(1. 上海大學 省部共建高品質特殊鋼冶金與制備國家重點實驗室, 上海 200072; 2. 上海大學 材料科學與工程學院, 上海 200072； 3. 天津重型裝備工程研究有限公司, 天津 300457)

壓鑄工藝可以生產出結構復雜和強度高的零件，在航空和汽車等領域應用廣泛。作為壓鑄生產三大要素之一的壓鑄模具，其質量對鑄件和壓鑄成本至關重要。服役溫度高和內部影響機制復雜等易導致壓鑄模早期失效[1-3]。熱疲勞失效是壓鑄模具失效的主要形式之一，根據統計由熱疲勞導致的模具失效占50%以上[4-6]。壓鑄模在實際服役過程中，受到高溫金屬溶液和冷卻液等造成的冷熱交替影響，會在模具表面產生熱裂紋，最終導致模具熱疲勞開裂失效[7-9]。

目前，已有眾多學者從熱疲勞試驗和有限元模擬兩個方面對熱疲勞行為展開研究。例如，周路海等[10]建立了感應加熱循環過程的多物理場耦合數值模型，研究了感應加熱循環過程中H13鋼試樣溫度的演變規律和應力累積現象，并對其熱疲勞壽命進行預測；Qayyum等[11]建立了H13鋼三維楔體熱疲勞裂紋擴展的數值模型，采用圍道積分技術分析了熱疲勞裂紋的擴展行為，討論了熱疲勞裂紋長度對J積分和裂紋張開位移的影響；Tunthawiroon等[12]對鋁合金壓鑄模在不同溫度和機械應變下的熱疲勞行為進行研究，討論了溫度和機械應變對熱疲勞壽命的影響，得出了高溫和較大機械應變會促進裂紋萌生和擴展，縮短熱疲勞壽命；Lu等[13]結合熱疲勞試驗和有限元仿真，研究了H13鋼在壓鑄過程中的熱疲勞行為，提出了一種新的壓鑄工藝熱疲勞壽命預測模型；……