金屬(shu)材(cai)料的疲勞分為高溫疲勞和熱(re)疲勞。


  高(gao)溫(wen)(wen)疲(pi)勞(lao)是指在高(gao)溫(wen)(wen)下，受交變(bian)或重復應力作用的高(gao)溫(wen)(wen)零件，也經(jing)常(chang)因疲(pi)勞(lao)而(er)引起斷裂的現象稱為高(gao)溫(wen)(wen)疲(pi)勞(lao)。


  受交變或重復(fu)應力作用的(de)高溫零件，也經常(chang)因疲勞而引(yin)起(qi)斷(duan)裂。由于(yu)在(zai)(zai)(zai)對(dui)稱交變應力作用下，在(zai)(zai)(zai)張應力期所(suo)產生(sheng)的(de)伸(shen)長(chang)在(zai)(zai)(zai)一定(ding)程度(du)上為(wei)以(yi)后壓應力產生(sheng)的(de)壓縮所(suo)抵(di)消，所(suo)以(yi)一般只有在(zai)(zai)(zai)不對(dui)稱交變應力下其不對(dui)稱部分應力才會引(yin)起(qi)蠕變。


  疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)一(yi)般是(shi)由(you)表面層或表面下(xia)某些(xie)缺陷形成的(de)(de)(de)。在(zai)(zai)交(jiao)變(bian)應(ying)力(li)作用(yong)下(xia)，裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)逐漸擴大(da)，直(zhi)到剩余的(de)(de)(de)斷面承受不了交(jiao)變(bian)應(ying)力(li)而發(fa)生(sheng)突然(ran)斷裂(lie)。研究指(zhi)出，在(zai)(zai)較低(di)溫(wen)(wen)度下(xia)，疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)是(shi)穿(chuan)晶(jing)的(de)(de)(de)，而在(zai)(zai)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)下(xia)，疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)沿晶(jing)界發(fa)展。裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)從穿(chuan)晶(jing)型(xing)到沿晶(jing)型(xing)發(fa)展的(de)(de)(de)轉變(bian)溫(wen)(wen)度是(shi)隨應(ying)力(li)的(de)(de)(de)大(da)小、應(ying)力(li)交(jiao)變(bian)頻率以(yi)及介質的(de)(de)(de)作用(yong)等因素而改變(bian)的(de)(de)(de)。在(zai)(zai)交(jiao)變(bian)應(ying)力(li)條件(jian)下(xia)，一(yi)般比(bi)靜拉(la)伸測(ce)出的(de)(de)(de)穿(chuan)晶(jing)沿晶(jing)斷裂(lie)轉變(bian)溫(wen)(wen)度要(yao)高(gao)(gao)。增加交(jiao)變(bian)應(ying)力(li)的(de)(de)(de)頻率，該轉變(bian)溫(wen)(wen)度升(sheng)高(gao)(gao)；由(you)于化學(xue)介質的(de)(de)(de)作用(yong)，該轉變(bian)溫(wen)(wen)度降得很(hen)低(di)。另外，耐熱鋼與(yu)合金在(zai)(zai)一(yi)定溫(wen)(wen)度下(xia)給(gei)定時間內的(de)(de)(de)疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)破壞(huai)應(ying)力(li)是(shi)與(yu)同樣(yang)條件(jian)下(xia)的(de)(de)(de)持(chi)久強(qiang)度之間有很(hen)好的(de)(de)(de)相關(guan)性，一(yi)般持(chi)久強(qiang)度越(yue)高(gao)(gao)，高(gao)(gao)溫(wen)(wen)疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)強(qiang)度越(yue)高(gao)(gao)。


  研究結果(guo)表(biao)明，某材料(liao)在某一高(gao)(gao)(gao)溫(wen)下(xia)，108次高(gao)(gao)(gao)溫(wen)疲(pi)勞強度(du)是該溫(wen)度(du)下(xia)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)抗拉強度(du)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(zhang)系數越(yue)小，在同一熱(re)周期作用(yong)下應變量越(yue)小，變形(xing)抗(kang)力越(yue)小和斷(duan)裂(lie)強度越(yue)高，持(chi)久壽命就越(yue)長。可(ke)以說(shuo)馬氏體(ti)型(xing)不銹(xiu)鋼1Cr17的(de)疲勞壽命最(zui)長，而(er)0Cr19Ni9、0Cr23Ni13和2Cr25Ni20等奧氏體(ti)型(xing)不銹(xiu)鋼的(de)疲勞壽命最(zui)短(duan)。另外，鑄件較鍛件更易(yi)發生(sheng)由(you)于熱(re)疲勞引(yin)起的(de)破壞。


  在室(shi)溫(wen)下，107次疲勞強(qiang)度(du)(du)是抗拉強(qiang)度(du)(du)的1/2。與(yu)高溫(wen)下的疲勞強(qiang)度(du)(du)相比(bi)可(ke)知，從室(shi)溫(wen)到高溫(wen)的溫(wen)度(du)(du)范圍內疲勞強(qiang)度(du)(du)沒有太大的差異。


  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(zhu)加熱(re)和(he)冷卻(que)，用于部件的(de)支撐件，因熱(re)膨脹(zhang)、熱(re)收縮(suo)(suo)受到約(yue)束時，這將(jiang)阻礙材(cai)料的(de)脹(zhang)縮(suo)(suo)變形，而產生應力。這種(zhong)隨著(zhu)溫度反(fan)復(fu)變化而引起應力也反(fan)復(fu)變化，導致使材(cai)料損傷的(de)現象(xiang)同樣為熱(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(gang)與(yu)合金在一(yi)定(ding)溫度下給定(ding)時間內(nei)的疲勞破壞應力是與(yu)同樣條件下的持久強(qiang)(qiang)度之間有(you)很好的相(xiang)關性，一(yi)般持久強(qiang)(qiang)度越高，高溫疲勞強(qiang)(qiang)度越高。