● 摘要
在热模锻生产过程中，模具和模座要长期经受循环温度场和交变冲击载荷的共同作用。由于大型模具和模座在使用过程中因导热原因其温度梯度较大，所承受的冲击载荷也更大，其内部应力场的变化也更为复杂，导致大型模具和模座更易失效。 本文采用金相显微镜、扫描电镜（ SEM）、透射电镜（ TEM）、有限元模拟（ FEA）、力学性能测试等技术手段，对大型模座的开裂特征和组织转变进行分析，对模座的力学性能进行测试，对模座的温度场和应力场进行模拟，完成了从宏观力学性能到微观断裂特征和微观组织状态对模座开裂行为的综合影响机制及模座的性能退化机制研究。
对断口的宏观和微观断裂特征研究表明， 断口整体宏观形貌为粗大的放射状断裂棱
线，微观形貌为准解理。在模座断口表层区域有一白色半圆形疲劳区和一 5~10mm 的表
面开裂层。 模座的开裂是在冲击载荷作用下由疲劳裂纹诱发的快速脆性断裂。裂纹起源
于模座内腔过度圆角处的疲劳和表面开裂层， 是点源和线源共同作用下的开裂。疲劳裂
纹为点状起源，表面开裂层为线性起源。
由于模座巨大，不同部位所承受的温度载荷和机械载荷差异较大。模座底面材料强度指标正常，塑性指标略低于技术协议要求；硬度和冲击韧性低于技术协议要求，相对模座侧面区域，硬度下降了10.8%，冲击韧性下降了72.8%。
化学成分分析和金相分析结果表明， 对模座整体而言， 材料成分正常，组织均匀，为回火马氏体；非金属夹杂物为细小的点状颗粒， 纯洁度未见异常；晶粒细小，无异常长大现象。各项均满足技术协议要求，无冶金问题。 TEM 和能谱分析表明，在性能退化区域的材料组织中析出了大量粗大的多面形 M23C6（ M 主要是 Fe 和 Cr） 型碳化物，其尺寸在 200nm~640nm 之间。 在该区域中，大量条形 M3C（ M 主要是 Fe）型碳化物粗化，其尺寸在 50nm~1.5µm之间。而在性能未退化区域，多面型碳化物的量极少，条型碳化物尺寸基本都在 50nm 以下。
有限元分析结果表明，模座在使用过程中产生一定的温度应力，内腔底面温度最高，局部达到 350 MPa 左右。模座底面表层应力分布不均匀，模座顶杆孔处应力达到1400MPa，在模座安装模具的底面过渡圆角处表层应力达到了 1000MPa。横向切片表明，模座内部在圆角附近应力较大， 在 700MPa 左右。因此，模座内腔圆角是模座的一个薄弱环节。
生产中锻件的水平分力对模座应力影响很大，在模座设计时需要考虑降低水平分力对模座传导的措施，以防止模座内拉应力过大造成模座断裂。 在使用过程中保证模座受热均匀，内外部温差较小是防止模座损坏失效的一个积极手段。