热疲劳破坏是铝锭连铸机浇注模具的主要失效形式之一,是限制其使用寿命的重要因素。因此,改善铝锭连铸机用模具材料的热疲劳性能对于提高模具的使用寿命,扩大其在国内的推广与应用具有重要的实际意义。本文针对铝锭连铸机用模具的工作条件,采用实验室模拟研究的方法,进行了铝锭连铸机用模具材料热疲劳性能的研究,分析了球墨铸铁模具材料不同的热处理工艺参数试样的热疲劳性能变化规律,并研究了球墨铸铁模具材料的热疲劳特性及球墨铸铁热疲劳裂纹的萌生和扩展机理。为提高铝锭浇注模具的耐热疲劳性能提供了实验依据。研究结果表明:对于球墨铸铁的初期微裂纹,均萌发于石墨相与基体的交界处,由于石墨相强度低,其分支处易于引起应力集中导致裂纹的萌生,微裂纹的扩展一般也是沿着石墨球距离最近的路径扩展的。在热疲劳裂纹扩展的初期可采用统计平均裂纹长度作为热疲劳损伤程度的判据,但在裂纹扩展的后期裂纹在宽度方向的扩展占据了主导地位,则需要用新的判据代表这个阶段的热疲劳损伤程度。实验中根据热疲劳裂纹的实际扩展情况定义了表面裂纹损伤因子D(D=A%·W/L)以作为此过程的判据,经实际检验,这种新判据可以很好地表征热疲劳裂纹的后期扩展行为。对比实验研究表明,热处理对球墨铸铁模具材料的热疲劳性能有显著影响,通过选择合适的热处理工艺可以明显提高铸铁的热疲劳抗力。实验中比较了不同的热处理工艺及热疲劳实验结果,选择出综合性能良好,热疲劳裂纹扩展较慢的热处理工艺为:900℃×2h退火+900℃×2h正火,900℃×2h+300℃×1 h等温淬火。实验结果表明,采用退火加正火处理后,球铁的组织组成相得以优化,形成以大量的细小珠光体和少量的铁素体为基体的组织,组织与力学性能配合较好;而采用退火加等温淬火的工艺处理后形成具有大量下贝氏体的基体组织,同样具有高的强度和韧性,力学性能表现也比较好。整体来看,通过以上两种工艺可以显著地提高铝锭模材料的耐热疲劳性能,延长模具的使用寿命。