金屬材料的疲勞(lao)分為(wei)高(gao)溫疲勞(lao)和(he)熱疲勞(lao)。


  高(gao)溫疲勞(lao)是指在高(gao)溫下，受(shou)交變或(huo)重復應力作用的(de)高(gao)溫零件，也經常(chang)因疲勞(lao)而引起斷裂的(de)現(xian)象稱(cheng)為高(gao)溫疲勞(lao)。


  受(shou)交變(bian)或重復應(ying)力作用的(de)(de)高溫零件(jian)，也經常因疲勞而引起斷(duan)裂。由于在對稱(cheng)交變(bian)應(ying)力作用下，在張應(ying)力期(qi)所產生的(de)(de)伸長在一(yi)定程(cheng)度(du)上為以(yi)后(hou)壓應(ying)力產生的(de)(de)壓縮所抵消，所以(yi)一(yi)般只有在不(bu)對稱(cheng)交變(bian)應(ying)力下其不(bu)對稱(cheng)部分應(ying)力才(cai)會引起蠕變(bian)。


  疲勞(lao)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)一(yi)(yi)般是由(you)表面層或表面下(xia)某些缺陷(xian)形(xing)成的(de)。在(zai)交(jiao)(jiao)變(bian)(bian)(bian)應(ying)力作用下(xia)，裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)逐漸擴大，直到剩余的(de)斷(duan)面承受不了交(jiao)(jiao)變(bian)(bian)(bian)應(ying)力而(er)發生突然(ran)斷(duan)裂(lie)(lie)。研究指出(chu)，在(zai)較低溫(wen)度(du)下(xia)，疲勞(lao)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)是穿晶(jing)的(de)，而(er)在(zai)高溫(wen)下(xia)，疲勞(lao)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)沿(yan)晶(jing)界發展。裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)從穿晶(jing)型到沿(yan)晶(jing)型發展的(de)轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)溫(wen)度(du)是隨應(ying)力的(de)大小、應(ying)力交(jiao)(jiao)變(bian)(bian)(bian)頻(pin)率以及介質的(de)作用等因素而(er)改變(bian)(bian)(bian)的(de)。在(zai)交(jiao)(jiao)變(bian)(bian)(bian)應(ying)力條件(jian)(jian)下(xia)，一(yi)(yi)般比靜拉伸(shen)測出(chu)的(de)穿晶(jing)沿(yan)晶(jing)斷(duan)裂(lie)(lie)轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)溫(wen)度(du)要高。增加交(jiao)(jiao)變(bian)(bian)(bian)應(ying)力的(de)頻(pin)率，該轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)溫(wen)度(du)升高；由(you)于化學介質的(de)作用，該轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)溫(wen)度(du)降得很低。另外，耐熱鋼(gang)與合金在(zai)一(yi)(yi)定溫(wen)度(du)下(xia)給定時(shi)間(jian)內(nei)的(de)疲勞(lao)破(po)壞(huai)應(ying)力是與同樣條件(jian)(jian)下(xia)的(de)持(chi)久(jiu)強度(du)之間(jian)有(you)很好的(de)相關性，一(yi)(yi)般持(chi)久(jiu)強度(du)越(yue)高，高溫(wen)疲勞(lao)強度(du)越(yue)高。


  研究(jiu)結果表明，某材(cai)料在某一高(gao)溫下(xia)，108次高(gao)溫疲勞(lao)強度(du)(du)是該溫度(du)(du)下(xia)高(gao)溫抗拉強度(du)(du)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(re)膨脹系數越小(xiao)，在同一熱(re)周期作用下應變量越小(xiao)，變形抗(kang)力越小(xiao)和斷裂強度越高，持久(jiu)壽命就越長。可以說(shuo)馬(ma)氏(shi)體型(xing)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)1Cr17的疲(pi)勞(lao)壽命最長，而0Cr19Ni9、0Cr23Ni13和2Cr25Ni20等奧氏(shi)體型(xing)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的疲(pi)勞(lao)壽命最短。另(ling)外，鑄件(jian)較鍛件(jian)更易發生(sheng)由于(yu)熱(re)疲(pi)勞(lao)引起的破壞(huai)。


  在室溫(wen)下，107次疲(pi)勞(lao)強度(du)(du)是抗拉強度(du)(du)的1/2。與高溫(wen)下的疲(pi)勞(lao)強度(du)(du)相比(bi)可知(zhi)，從室溫(wen)到高溫(wen)的溫(wen)度(du)(du)范(fan)圍內疲(pi)勞(lao)強度(du)(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


  伴隨著加(jia)熱(re)(re)和冷卻(que)，用于(yu)部(bu)件的支撐件，因熱(re)(re)膨(peng)脹(zhang)、熱(re)(re)收縮(suo)(suo)受到(dao)約束時，這將(jiang)阻礙(ai)材料的脹(zhang)縮(suo)(suo)變形，而產生(sheng)應力。這種隨著溫度反復變化(hua)而引起應力也反復變化(hua)，導致使材料損傷(shang)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(ling)外，耐熱鋼(gang)與(yu)合金在一定(ding)溫(wen)度下(xia)給定(ding)時間內的(de)(de)疲勞破壞應力是與(yu)同(tong)樣(yang)條件下(xia)的(de)(de)持久(jiu)強度之間有很好(hao)的(de)(de)相關性，一般持久(jiu)強度越(yue)高(gao)，高(gao)溫(wen)疲勞強度越(yue)高(gao)。