模具在工作中受到急冷、急热的作用而产生的热应力，是导致模具热疲劳的主要原因。模具的热疲劳是在模具型腔表面产生微细裂纹，这种裂纹有的呈单条状的，有的则连成细网状，又称为“龟裂”。

热疲劳裂纹的产生，除和交变的拉、压应力有关外，模具表面被高温氧化也是不可忽视的原因。由于热应力、氧化腐蚀、被加工毛坯挤入裂纹中等因素的作用，热疲劳裂纹产生后将继续扩展。

热疲劳是热作模具特别是压铸模具常见的失效形式，由于热疲劳而导致失效的铝模具占失效总数的60%～70%。模具表面温度的提高使表面有膨胀的倾向，但被模具内层温度较低的部分所约束，使模具表面出现压缩应力。由于高温模具表面层材料的屈服强度将下降，因此，热应力很容易超过模具材料的屈服强度而使表面层发生压缩性的塑性变形。当锻件脱模后，模具表面迅速降温，特别是当采用喷水冷却时，模具表面立即降到室温，由此产生了相反方向的温度梯度，因此当锻件脱模后，在模具外表层中的压应力逐渐减小并转变为拉应力。模具表层金属随加热和冷却而膨胀或收缩，模具与注射入模的高温金属液或压入的高温坯料间的温差愈大，模具表层的膨胀和收缩量就愈大，产生的拉应力也就愈大，热疲劳裂纹的产生也就愈快。

在研究模具的热疲劳抗力与钢的冲击韧度关系时发现，如模具钢的冲击韧度愈高，则模具的热疲劳抗力也愈高。模具的硬度高低对热疲劳抗力的影响也是显著的。5CrNiMo钢硬度与热疲劳敏感度的关系，模具热处理后的硬度愈高，其热疲劳抗力愈低。

模具的热疲劳是热作模具的普遍损坏形式。产生的热疲劳裂纹常常是早期脆断、机械疲劳的裂纹源，所以它能加速模具的断裂。出现热疲劳裂纹后，也能加剧模具的磨损过程，因此推迟模具的热疲劳裂纹的产生是提高模具寿命的重要方面。模具基体硬度较低时锻件质量的细小裂纹，则仍可使用。反之，模具基体塑韧性低，则小裂纹会迅速扩展成粗大裂纹，导致模具早期失效。裂纹扩展区的断面往往存在较多的油深，但是，由于存在巨大的锻压力，使模具中产生很大的机械应力，它促使热疲劳裂纹继续向内部扩展。当模具材料具有足够高的断裂韧度值时，热疲劳裂纹可继续进行亚稳扩展，形成较深的机械疲劳裂纹；当模具材料的断裂韧度值小于裂纹尖端的应力强度因子时，将发生失稳扩展，模具将由于低应力脆断而失效。

热疲劳裂纹引起的失效是压铸模具的主要失效形式。在多次冷热循环后，模具表面反复经受压缩和拉伸应力的循环从而导致热疲劳的产生。由于模具型腔公受到金属液的冲刷，无热锻模中金属塑变摩擦力作用，所以压铸模热疲劳裂纹呈龟裂状。裂纹剖面呈短条状，垂直于型面。裂纹宽度和长度大小不等，一般宽为0.5mm左右，长约1mm左右，裂纹中有氧化物和液体金属残留。压铸模具形成热疲劳（龟裂）的因素较多，浇注温度和模具的预热温度之间温差愈大、冷却速度愈快，则热疲劳裂纹愈容易产生，而且和热循环的速度、模具的热处理工艺和表面处理也有密切的关系。裂纹萌生的循环周次和模具材质、应变水平等因素有关。