金屬材料的疲(pi)(pi)勞(lao)分為高溫疲(pi)(pi)勞(lao)和熱疲(pi)(pi)勞(lao)。


  高溫(wen)疲(pi)勞(lao)是指在高溫(wen)下，受交變或(huo)重復應(ying)力作用的(de)高溫(wen)零件，也經常(chang)因疲(pi)勞(lao)而引起斷裂的(de)現(xian)象(xiang)稱為高溫(wen)疲(pi)勞(lao)。


  受交(jiao)變或重復應力(li)作用(yong)的高溫零件，也(ye)經常因疲勞而(er)引起斷裂。由于在(zai)對稱(cheng)交(jiao)變應力(li)作用(yong)下，在(zai)張應力(li)期(qi)所(suo)產生的伸長在(zai)一(yi)定程(cheng)度上為以后壓(ya)應力(li)產生的壓(ya)縮所(suo)抵(di)消，所(suo)以一(yi)般只(zhi)有在(zai)不(bu)(bu)對稱(cheng)交(jiao)變應力(li)下其(qi)不(bu)(bu)對稱(cheng)部分應力(li)才會引起蠕變。


  疲勞裂紋(wen)一(yi)般(ban)(ban)是(shi)由(you)表面(mian)層或表面(mian)下(xia)某些缺陷(xian)形成的。在交變應(ying)(ying)(ying)力作(zuo)用(yong)下(xia)，裂紋(wen)逐漸擴大(da)，直到剩余的斷面(mian)承受不了交變應(ying)(ying)(ying)力而發(fa)(fa)生(sheng)突然斷裂。研究指(zhi)出(chu)(chu)，在較低溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)下(xia)，疲勞裂紋(wen)是(shi)穿晶的，而在高(gao)溫(wen)(wen)下(xia)，疲勞裂紋(wen)沿晶界發(fa)(fa)展(zhan)。裂紋(wen)從穿晶型到沿晶型發(fa)(fa)展(zhan)的轉變溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)是(shi)隨應(ying)(ying)(ying)力的大(da)小(xiao)、應(ying)(ying)(ying)力交變頻(pin)率以及(ji)介質的作(zuo)用(yong)等因素而改(gai)變的。在交變應(ying)(ying)(ying)力條件(jian)下(xia)，一(yi)般(ban)(ban)比(bi)靜拉伸測出(chu)(chu)的穿晶沿晶斷裂轉變溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)要高(gao)。增加交變應(ying)(ying)(ying)力的頻(pin)率，該(gai)轉變溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)升高(gao)；由(you)于化學介質的作(zuo)用(yong)，該(gai)轉變溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)降得很低。另外，耐熱鋼與(yu)合金在一(yi)定(ding)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)下(xia)給定(ding)時間(jian)內的疲勞破壞(huai)應(ying)(ying)(ying)力是(shi)與(yu)同樣條件(jian)下(xia)的持(chi)久強(qiang)度(du)(du)(du)之間(jian)有很好的相關性(xing)，一(yi)般(ban)(ban)持(chi)久強(qiang)度(du)(du)(du)越(yue)高(gao)，高(gao)溫(wen)(wen)疲勞強(qiang)度(du)(du)(du)越(yue)高(gao)。


  研究(jiu)結果表明(ming)，某材(cai)料在某一高溫下，108次高溫疲勞強度是該溫度下高溫抗拉強度的 1/2 。


  不銹鋼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(re)膨脹系數越(yue)(yue)小，在同一熱(re)周(zhou)期作用下應變量越(yue)(yue)小，變形抗力越(yue)(yue)小和斷(duan)裂強度越(yue)(yue)高，持(chi)久壽命(ming)就越(yue)(yue)長(chang)。可(ke)以說馬氏體型不銹(xiu)鋼(gang)1Cr17的疲(pi)勞壽命(ming)最長(chang)，而(er)0Cr19Ni9、0Cr23Ni13和2Cr25Ni20等奧氏體型不銹(xiu)鋼(gang)的疲(pi)勞壽命(ming)最短。另外，鑄件(jian)較鍛件(jian)更易發生由于熱(re)疲(pi)勞引起的破壞(huai)。


  在室溫下，107次疲勞強(qiang)(qiang)度(du)(du)是抗拉強(qiang)(qiang)度(du)(du)的1/2。與高(gao)溫下的疲勞強(qiang)(qiang)度(du)(du)相比可知，從室溫到高(gao)溫的溫度(du)(du)范圍內疲勞強(qiang)(qiang)度(du)(du)沒有(you)太大的差(cha)異。


  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


  伴隨著加熱和冷卻，用于部(bu)件的(de)支撐件，因熱膨脹、熱收縮受到(dao)約(yue)束(shu)時，這將阻礙材(cai)料(liao)(liao)的(de)脹縮變形，而產生應力。這種隨著溫度(du)反復變化而引起應力也反復變化，導致使材(cai)料(liao)(liao)損傷的(de)現象同樣為熱疲勞(lao)。


  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，耐熱鋼與合金在(zai)一定溫度(du)下給定時間內的(de)(de)疲(pi)勞破壞(huai)應力是與同(tong)樣條件下的(de)(de)持(chi)久強(qiang)度(du)之間有很好的(de)(de)相關性(xing)，一般持(chi)久強(qiang)度(du)越(yue)(yue)高(gao)，高(gao)溫疲(pi)勞強(qiang)度(du)越(yue)(yue)高(gao)。