金屬材料(liao)的(de)疲勞分為高溫疲勞和熱疲勞。


  高溫疲勞是指在高溫下，受交變或重復應力(li)作用的高溫零件，也經常因疲勞而引起斷裂(lie)的現象稱為(wei)高溫疲勞。


  受交(jiao)變或重復應(ying)(ying)力(li)(li)作用的高溫零件，也經(jing)常因疲(pi)勞而引(yin)起(qi)斷裂。由(you)于在對稱(cheng)(cheng)交(jiao)變應(ying)(ying)力(li)(li)作用下，在張(zhang)應(ying)(ying)力(li)(li)期所(suo)(suo)(suo)產生的伸長在一定程度上為以后壓應(ying)(ying)力(li)(li)產生的壓縮所(suo)(suo)(suo)抵消，所(suo)(suo)(suo)以一般只有在不對稱(cheng)(cheng)交(jiao)變應(ying)(ying)力(li)(li)下其不對稱(cheng)(cheng)部分應(ying)(ying)力(li)(li)才會引(yin)起(qi)蠕變。


  疲(pi)勞(lao)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)一(yi)般(ban)是由(you)表(biao)面層或表(biao)面下(xia)(xia)(xia)某些缺陷(xian)形(xing)成的(de)(de)。在(zai)交(jiao)變(bian)(bian)應(ying)力(li)(li)作(zuo)用下(xia)(xia)(xia)，裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)逐漸擴大(da)，直到剩(sheng)余的(de)(de)斷(duan)面承受不(bu)了交(jiao)變(bian)(bian)應(ying)力(li)(li)而發(fa)(fa)生(sheng)突然斷(duan)裂(lie)(lie)(lie)。研究指出，在(zai)較(jiao)低溫(wen)度(du)下(xia)(xia)(xia)，疲(pi)勞(lao)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)是穿晶(jing)的(de)(de)，而在(zai)高(gao)溫(wen)下(xia)(xia)(xia)，疲(pi)勞(lao)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)沿(yan)晶(jing)界發(fa)(fa)展。裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)從(cong)穿晶(jing)型(xing)到沿(yan)晶(jing)型(xing)發(fa)(fa)展的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)溫(wen)度(du)是隨(sui)應(ying)力(li)(li)的(de)(de)大(da)小(xiao)、應(ying)力(li)(li)交(jiao)變(bian)(bian)頻(pin)率以及介質的(de)(de)作(zuo)用等因(yin)素而改變(bian)(bian)的(de)(de)。在(zai)交(jiao)變(bian)(bian)應(ying)力(li)(li)條件(jian)下(xia)(xia)(xia)，一(yi)般(ban)比靜拉伸測出的(de)(de)穿晶(jing)沿(yan)晶(jing)斷(duan)裂(lie)(lie)(lie)轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)溫(wen)度(du)要高(gao)。增加交(jiao)變(bian)(bian)應(ying)力(li)(li)的(de)(de)頻(pin)率，該(gai)轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)溫(wen)度(du)升高(gao)；由(you)于化學介質的(de)(de)作(zuo)用，該(gai)轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)溫(wen)度(du)降得很低。另外，耐熱(re)鋼與合金在(zai)一(yi)定溫(wen)度(du)下(xia)(xia)(xia)給定時(shi)間內的(de)(de)疲(pi)勞(lao)破壞應(ying)力(li)(li)是與同樣條件(jian)下(xia)(xia)(xia)的(de)(de)持久強度(du)之間有很好的(de)(de)相關性，一(yi)般(ban)持久強度(du)越高(gao)，高(gao)溫(wen)疲(pi)勞(lao)強度(du)越高(gao)。


  研究結果表明，某材料在某一高(gao)溫下，108次高(gao)溫疲(pi)勞(lao)強度(du)是(shi)該溫度(du)下高(gao)溫抗拉(la)強度(du)的 1/2 。


  不銹(xiu)鋼(gang)的成分和熱處理條件對高溫疲勞強度有直接影響。特別是當碳的含量增加時高溫疲勞強度明顯提高，固溶熱處理溫度對高溫疲勞強度也有顯著的影響。一般來說，鐵素體型不銹鋼具有良好的熱疲勞性能。在奧氏體不銹鋼中，當含硅量高且在高溫下具有良好延伸性的牌號的鋼種，有著良好的熱疲勞性能。


  熱膨脹系數越小(xiao)，在同一(yi)熱周期作用下(xia)應變(bian)量越小(xiao)，變(bian)形抗力(li)越小(xiao)和(he)斷裂強度越高，持久壽命(ming)就(jiu)越長(chang)。可(ke)以說馬氏(shi)體(ti)型(xing)不(bu)銹鋼1Cr17的(de)(de)疲(pi)勞壽命(ming)最(zui)長(chang)，而0Cr19Ni9、0Cr23Ni13和(he)2Cr25Ni20等奧(ao)氏(shi)體(ti)型(xing)不(bu)銹鋼的(de)(de)疲(pi)勞壽命(ming)最(zui)短。另外，鑄(zhu)件較鍛件更易發生由于熱疲(pi)勞引起(qi)的(de)(de)破(po)壞。


  在室溫(wen)(wen)下，107次疲勞(lao)強(qiang)度(du)是抗拉強(qiang)度(du)的1/2。與(yu)高溫(wen)(wen)下的疲勞(lao)強(qiang)度(du)相(xiang)比可知(zhi)，從室溫(wen)(wen)到高溫(wen)(wen)的溫(wen)(wen)度(du)范(fan)圍內疲勞(lao)強(qiang)度(du)沒有太(tai)大的差異(yi)。


  熱疲勞可能使噴氣式發動機或汽輪機（透平機）的葉片等造成破壞。用所測定出來的數據繪制出的曲線，稱為S-N曲線，見圖4-3，它可作為結構設計的基礎。不銹鋼的化學成分或熱處理，在蠕變時同樣會影響到高溫疲勞強度。06Cr18Ni11Nb（347），06Cr18Ni11Ti（321）因為具備高溫特性，用途較廣，但在700℃上下的積層缺陷上，在析出微細的NbC，TiC硬化物的背面，容易發生脆性晶間裂紋，而引起疲勞強度的降低。


圖 3.jpg


  伴隨(sui)著加熱(re)和(he)冷卻，用(yong)于部件的(de)(de)支撐件，因(yin)熱(re)膨脹、熱(re)收縮受(shou)到約束時(shi)，這(zhe)將阻礙材料的(de)(de)脹縮變形，而(er)產生應(ying)力。這(zhe)種隨(sui)著溫度反復變化而(er)引起應(ying)力也(ye)反復變化，導致(zhi)使材料損(sun)傷(shang)的(de)(de)現象同樣為(wei)熱(re)疲勞。


  研究認為10Cr17（430）不銹鋼的疲勞壽命長，而06Cr19Ni10（304）、16Cr23Ni13（309）、20Cr25Ni20（310）等奧氏體系列不銹鋼的疲勞壽命短。這是因為前者線膨脹系數小，在同樣的一個熱循環過程中，其變形量越小，高溫延伸性就越大，其疲勞壽命就長。


  另外，耐(nai)熱鋼與合金在一(yi)(yi)定溫度(du)下給定時間內(nei)的疲勞破壞應(ying)力是與同樣(yang)條(tiao)件下的持(chi)久(jiu)強(qiang)(qiang)度(du)之間有很好的相關性，一(yi)(yi)般持(chi)久(jiu)強(qiang)(qiang)度(du)越高，高溫疲勞強(qiang)(qiang)度(du)越高。