金屬(shu)材料(liao)的疲(pi)勞分為高溫疲(pi)勞和(he)熱疲(pi)勞。


  高(gao)(gao)溫(wen)疲(pi)勞(lao)是指在高(gao)(gao)溫(wen)下，受交變或(huo)重復(fu)應力作用的高(gao)(gao)溫(wen)零(ling)件(jian)，也經(jing)常因疲(pi)勞(lao)而(er)引起斷裂的現象稱為(wei)高(gao)(gao)溫(wen)疲(pi)勞(lao)。


  受交變(bian)(bian)(bian)或(huo)重(zhong)復應(ying)力(li)作用的(de)高(gao)溫零件，也經(jing)常因疲勞而引(yin)起斷(duan)裂。由于(yu)在對(dui)(dui)(dui)稱交變(bian)(bian)(bian)應(ying)力(li)作用下，在張應(ying)力(li)期(qi)所產生的(de)伸長在一定程度上為(wei)以后壓(ya)應(ying)力(li)產生的(de)壓(ya)縮所抵消，所以一般只有(you)在不(bu)對(dui)(dui)(dui)稱交變(bian)(bian)(bian)應(ying)力(li)下其不(bu)對(dui)(dui)(dui)稱部(bu)分(fen)應(ying)力(li)才會引(yin)起蠕變(bian)(bian)(bian)。


  疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)(lao)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)一(yi)般(ban)是(shi)由表(biao)面(mian)層(ceng)或(huo)表(biao)面(mian)下(xia)某些缺陷形成的(de)。在(zai)交(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)變(bian)應(ying)(ying)力(li)作用(yong)下(xia)，裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)逐(zhu)漸擴大，直到(dao)剩余的(de)斷(duan)面(mian)承受不了交(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)變(bian)應(ying)(ying)力(li)而發生突然(ran)斷(duan)裂(lie)(lie)(lie)。研究指出(chu)，在(zai)較低溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)下(xia)，疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)(lao)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)是(shi)穿(chuan)晶(jing)的(de)，而在(zai)高溫(wen)(wen)(wen)下(xia)，疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)(lao)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)沿晶(jing)界發展。裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)從穿(chuan)晶(jing)型到(dao)沿晶(jing)型發展的(de)轉變(bian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)是(shi)隨應(ying)(ying)力(li)的(de)大小(xiao)、應(ying)(ying)力(li)交(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)變(bian)頻(pin)率(lv)(lv)以及介質的(de)作用(yong)等因(yin)素而改變(bian)的(de)。在(zai)交(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)變(bian)應(ying)(ying)力(li)條(tiao)件下(xia)，一(yi)般(ban)比靜拉伸測出(chu)的(de)穿(chuan)晶(jing)沿晶(jing)斷(duan)裂(lie)(lie)(lie)轉變(bian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)要高。增加交(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)變(bian)應(ying)(ying)力(li)的(de)頻(pin)率(lv)(lv)，該轉變(bian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)升高；由于化(hua)學介質的(de)作用(yong)，該轉變(bian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)降得很低。另外，耐熱鋼與合金(jin)在(zai)一(yi)定溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)下(xia)給定時(shi)間(jian)內(nei)的(de)疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)(lao)破壞應(ying)(ying)力(li)是(shi)與同(tong)樣條(tiao)件下(xia)的(de)持(chi)久(jiu)強度(du)(du)(du)(du)之間(jian)有很好的(de)相(xiang)關性，一(yi)般(ban)持(chi)久(jiu)強度(du)(du)(du)(du)越(yue)高，高溫(wen)(wen)(wen)疲(pi)(pi)勞(lao)(lao)(lao)強度(du)(du)(du)(du)越(yue)高。


  研究(jiu)結果(guo)表明，某材料在某一(yi)高溫(wen)下(xia)，108次高溫(wen)疲(pi)勞強(qiang)度是該溫(wen)度下(xia)高溫(wen)抗拉強(qiang)度的 1/2 。


  不銹(xiu)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。


  熱膨脹系數越小(xiao)，在同一熱周(zhou)期作用下應變(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(shou)命就越長。可以說馬氏體型不銹鋼1Cr17的疲勞壽(shou)命最(zui)長，而0Cr19Ni9、0Cr23Ni13和(he)2Cr25Ni20等奧(ao)氏體型不銹鋼的疲勞壽(shou)命最(zui)短。另外，鑄件較鍛(duan)件更(geng)易發生由于(yu)熱疲勞引起的破壞。


  在(zai)室溫(wen)下(xia)，107次疲勞(lao)強(qiang)度是抗(kang)拉強(qiang)度的(de)1/2。與高溫(wen)下(xia)的(de)疲勞(lao)強(qiang)度相(xiang)比(bi)可(ke)知，從(cong)室溫(wen)到高溫(wen)的(de)溫(wen)度范(fan)圍內疲勞(lao)強(qiang)度沒有太(tai)大的(de)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


  伴隨著(zhu)加熱(re)(re)和(he)冷卻(que)，用于部件的支撐件，因熱(re)(re)膨脹(zhang)、熱(re)(re)收縮(suo)受到約(yue)束時，這將(jiang)阻礙材(cai)料的脹(zhang)縮(suo)變形，而(er)產生(sheng)應(ying)力。這種隨著(zhu)溫度反復變化而(er)引(yin)起應(ying)力也(ye)反復變化，導致使材(cai)料損傷的現象同樣為熱(re)(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，耐熱鋼與合金(jin)在一定溫度(du)下給定時間內的疲勞破壞應力是與同樣(yang)條(tiao)件下的持久強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)之間有很好的相關性，一般持久強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)越高，高溫疲勞強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)越高。