长期以来,均质模具钢使用性能的局限性严重制约了热锻模使用寿命的提高。笔者所在课题组提出用缓解热应力的功能梯度材料(Functionally GradientMaterials FGM)来设计并制造长寿命热锻模,从而大幅度地提高热锻模的使用寿命。本文试图通过对热锻模温度波动区材料的设计与制造来验证并实现上述理论。本文首先论述了热锻模的主要失效形式及在热负荷的反复作用下模具型腔表面可能会发生的四种不同形式反应(热疲劳、相变、回火、和塑性变形),得出热疲劳是热锻模具最主要的失效形式的结论,并分析了影响热疲劳的几个关键因素(①材料的物理性质;②材料的力学性能;③材料的化学组成;④材料的微观组织)。然后重点论述了热疲劳裂纹萌生及扩展的机理。文章的第二部分首先论述了长寿命热锻模的材料结构和表面层区材料的性能要求。提出根据表面层区材料的性能要求优选出最为适合的热作模具钢种,并依据其化学元素组成制备相应的堆焊焊条来堆敷制备表面层区单元材料。在讨论了一些主要合金元素在钢中的作用和元素间的交互作用对堆敷金属性能(硬度、冲击功、裂纹长度、磨损体积)影响的基础上,根据几个合金元素的配比参量初步判断了哪些热作模具钢的合金元素配比相对合理;在讨论材料物理性能参数变化对锻模综合应力的影晌的基础上,根据几种候选热作模具钢的物理性能参数判断出W6Mo5Cr4V2钢适于作为长寿命热锻模的表面层区材料的参照钢种。根据W6Mo5Cr4V2钢的化学元素组成制备出了相应的堆焊焊条(以后称之为6542焊条)。文章的第三部分首先通过对表面层区材料的要求进行了逐条分析,得出判断所研制6542焊条是否成功的关键在于验证6542焊条所得到的熔敷层材料是否具有较高的高温硬度和韧性,是否具有良好的抗热疲劳性能(高热稳定性和高回火稳定性)。因此,本文设计了材料的红硬性、回火稳定性和热疲劳性能试验来检验熔敷层区材料的性能。文章最后通过对实验结果的对比和分析,得出试制的6542焊条熔敷层金属具有良好的红硬性、回火稳定性和热疲劳性能,具有较高的高温硬度和韧性,基本满足热锻模表面层区材料的性能要求。且熔敷金属与基体金属间的稀释作用使得熔敷层出现了良好的梯度性能变化。