网状龟裂
温度梯度在表面各方向大致均匀时，裂纹呈网状，类似龟甲纹或干裂的泥地，常见于压铸模、锻模型腔、热轧辊和刹车盘摩擦面。
热应力是怎样产生的
金属受热膨胀、冷却收缩，如果能自由伸缩就不会产生应力。问题在于约束：一种是零件内部的温度梯度，例如模具表面接触高温金属液时迅速升温，而内部仍较冷，表层想膨胀却被内部拉住；另一种是外部约束，例如两端固定的管道、刚性连接的支架，或者线膨胀系数不同的两种材料焊在一起。
以热作模具为例：加热时表层受压，若压应力超过材料在该温度下的屈服强度，表层发生压缩塑性变形；冷却时表层收缩，又转为拉应力。如此每个循环都在表层产生一次塑性应变的往复，属于应变控制的低周疲劳。表层的高温强度和抗回火能力越低、温差越大、约束越强，热疲劳裂纹出现得越早。
高温下循环还会与氧化相互促进：表面氧化膜在拉应力下破裂，新鲜金属继续氧化，氧化物沿裂纹向内楔入，使裂纹逐渐加深。所以热疲劳裂纹内部通常充满氧化物，这是与常温机械疲劳最直观的区别之一。
热冲击则是单次事件。陶瓷、玻璃、灰铸铁和高硬度工具钢等脆性或低韧性材料，在急冷或急热时表面应力瞬间超过断裂强度，一次即可开裂。韧性好的金属一般需要多次循环才会开裂。
裂纹和断口有什么特征
平行裂纹
约束主要来自一个方向时，裂纹大致相互平行，并垂直于约束方向，例如沿管道轴向的温差会产生周向裂纹。
多条浅裂纹
热疲劳往往同时出现很多条裂纹，大部分较浅，只有少数在应力集中处或温差最大处继续扩展成主裂纹。
氧化物填充
裂纹较宽、呈楔形，尖端圆钝，内部充满分层的氧化物，裂纹两侧可能伴有脱碳或合金元素贫化。
断口颜色
打开主裂纹后，断口大部分被氧化，颜色由深到浅，有时能看到与循环对应的氧化色带或贝纹线；最后断裂区相对新鲜。
表层组织变化
热作模具钢表层可能因反复受热而回火软化；铸铁件表面可见石墨周围氧化；不锈钢件可能有晶界析出。
常见零件与场景
- 压铸模、热锻模和挤压模：每次成形都经历加热与冷却喷涂，型腔表面和尖角处最先出现龟裂，影响铸件表面质量并逐渐发展为开裂。
- 刹车盘和制动鼓：制动时摩擦面局部高温形成热斑，冷却后留下拉应力，表面可见放射状或网状裂纹。
- 发动机排气歧管、涡轮增压器壳体：启停和负荷变化带来大幅温度循环，壁厚突变、法兰与管体连接处容易开裂。
- 阀座、阀头和缸盖鼻梁区：受燃气反复加热和冷却，薄弱部位出现径向或贯通裂纹。
- 锅炉与管道的冷热流体混合区：减温水喷水点、给水接管、三通汇流处，冷热流体交替接触管壁，产生内壁网状裂纹。
- 热轧辊、连铸辊和玻璃成形模具：表面周期性接触高温物料和冷却水。
- 厚薄悬殊的铸件和焊接结构：启停时薄壁部分升温快、厚壁部分慢，过渡区反复承受热应力。
与机械疲劳、热冲击和蠕变的区分
| 判断项目 | 热疲劳 | 热冲击 | 机械疲劳 | 蠕变 |
|---|---|---|---|---|
| 驱动因素 | 温度循环加约束 | 单次剧烈温差 | 交变机械载荷，如振动、转动、压力波动 | 高温下长期持续应力 |
| 裂纹数量与分布 | 多条，网状或平行，分布在温差最大的表面 | 一条或少数几条，常从边缘或表面缺陷起始 | 通常一个或少数起源，位于应力集中处 | 晶界空洞和微裂纹，分布在高应力高温区域 |
| 裂纹内部 | 充满氧化物，楔形，尖端圆钝 | 较新鲜，氧化很少 | 较洁净，高温时也可能轻度氧化 | 沿晶，伴有空洞链 |
| 断口特征 | 大面积氧化，可有氧化色带 | 脆性断口，没有扩展区 | 贝纹线、疲劳辉纹清楚 | 沿晶断口，晶界有空洞 |
| 与运行记录的关联 | 与启停、冷却喷涂和负荷变化次数相关 | 与某次急冷急热操作相关 | 与运行时间、转速和振动水平相关 | 与高温运行的累计时间和超温相关 |
热疲劳和机械疲劳经常同时存在。例如排气部件既有热循环又承受发动机振动，断口上可能看到氧化严重的起裂区与较新鲜的扩展区相连。此时需要分别评估温度和振动的贡献，必要时在现场测量振动与温度，不能只按一种机理处理。
分析时重点看什么
- 记录裂纹分布拍摄并标注裂纹位置、方向和疏密，判断是网状还是平行，对照零件的受热面、冷却水路和约束方向。
- 了解温度历史收集加热与冷却方式、启停或成形次数、冷却喷涂方式、有无急冷操作；现场可用热电偶和红外热像测量温度分布，找出温差最大的部位。
- 截面金相取样观察裂纹深度、宽度、氧化物填充和尖端形态，检查表层组织有无回火软化、脱碳或析出。
- 硬度梯度从表面向内测量显微硬度，判断表层是否因反复受热而软化，或因急冷出现淬硬层。
- 断口分析必要时打开主裂纹，去除氧化物后观察扩展形貌，区分热疲劳区和后续的机械疲劳区或过载区。
- 应变估算根据温度场和约束条件，用计算或有限元模拟估计热应变范围，比较改进方案的效果。
单次热冲击开裂怎样判断
热冲击开裂通常能对应到某一次具体操作：高温部件被冷水溅到、热态零件放到冷的金属台面上、冷态设备直接通入高温介质。急冷时表面迅速收缩而内部仍热，表面受拉；急热时表面受压而内部受拉。脆性材料抗拉能力弱，所以急冷往往比急热更危险。
断口上看不到逐步扩展的痕迹，裂纹源多在边缘、棱角或已有的表面缺陷处，陶瓷和玻璃断口可依据源区周围的镜面和放射纹定位起点。若裂纹面已经氧化而断口其余部分新鲜，说明开裂之前已存在旧裂纹，需要追查更早的温度事件或制造缺陷。
改进方向
降低温差
模具使用前充分预热，控制冷却喷涂量与方式，避免把冷水直接喷到高温表面；设备启停时控制升降温速度，避免急冷急热操作。
减小约束
设置膨胀节、滑动支座或柔性连接，让零件能够自由伸缩；避免厚薄悬殊的截面突变，采用圆滑过渡；减少异种材料刚性连接。
选择材料
优先考虑导热性好、线膨胀系数低、高温强度和抗回火能力强、韧性好的材料。只追求高硬度的材料往往韧性不足，反而容易早期开裂。
表面与热处理
合适的表面处理可以提高抗热疲劳能力，但处理层过脆会适得其反。热作模具在使用一段时间后进行去应力回火，可以释放累积的应力。
维护管理
定期检查模具和部件表面，浅层龟裂及时打磨去除，防止其发展为深裂纹；记录启停与成形次数，作为维护与更换依据。
北京与杭州的分工
北京团队负责现场调查、振动相关测试和综合分析；需要实验室仪器分析的部分，可由集团杭州实验室承接。具体由哪个实验室完成哪些项目、报告是否带 CMA、CNAS 标志，在方案和报价中写明。
常见问题
压铸模表面出现细小网状裂纹，还能继续用吗？
浅层龟裂在多数模具上会逐渐出现，是否继续使用取决于裂纹深度和铸件表面要求。可以打磨去除浅裂纹并做去应力回火；若裂纹位于尖角或冷却水道附近并在加深，应尽快评估，避免发展为贯穿开裂。
刹车盘上出现裂纹是质量问题吗？
不一定。频繁或剧烈制动会使摩擦面出现热斑与表面龟裂，这与使用条件相关；但如果裂纹很快贯穿，或在正常使用下早期出现，就需要检查材料组织、铸造缺陷和散热结构。
怎样区分热疲劳和普通疲劳？
热疲劳一般是多条网状或平行的浅裂纹，裂纹内充满氧化物，与温度循环次数相关；普通机械疲劳通常起源于一个或少数应力集中点，断口有清楚的贝纹线和辉纹，与载荷和振动相关。两者也可能同时存在。
陶瓷件或铸铁件一次加热就裂了，算热疲劳吗？
这更可能是热冲击。脆性材料在急冷急热时表面应力一次超过断裂强度即开裂，断口没有疲劳扩展区，通常可以追溯到某次温度剧变的操作，例如冷水接触热表面。
换成耐热性更好的材料一定有效吗？
不一定。如果温差和约束不改善，再好的材料也可能开裂，只是推迟出现；硬度过高、韧性不足的材料甚至更早开裂。通常应先降低温差和约束，再根据工况选择合适的材料。