金屬材料的疲勞(lao)分為高(gao)溫疲勞(lao)和熱疲勞(lao)。


  高(gao)溫(wen)(wen)疲(pi)(pi)勞(lao)是指在高(gao)溫(wen)(wen)下，受交變或重復(fu)應力作用的高(gao)溫(wen)(wen)零件(jian)，也經(jing)常因(yin)疲(pi)(pi)勞(lao)而引(yin)起斷(duan)裂的現(xian)象稱為高(gao)溫(wen)(wen)疲(pi)(pi)勞(lao)。


  受交(jiao)變(bian)或(huo)重復應(ying)力(li)(li)(li)作用的(de)高溫零件(jian)，也經常因疲勞而引起斷裂。由于在對(dui)稱(cheng)交(jiao)變(bian)應(ying)力(li)(li)(li)作用下，在張應(ying)力(li)(li)(li)期所產生的(de)伸長在一定程度上為以(yi)后壓(ya)應(ying)力(li)(li)(li)產生的(de)壓(ya)縮所抵(di)消，所以(yi)一般只有在不對(dui)稱(cheng)交(jiao)變(bian)應(ying)力(li)(li)(li)下其(qi)不對(dui)稱(cheng)部分應(ying)力(li)(li)(li)才會引起蠕(ru)變(bian)。


  疲(pi)勞(lao)(lao)裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)一(yi)般是(shi)由表面層或表面下(xia)(xia)某些缺陷(xian)形(xing)成的(de)(de)(de)(de)(de)。在(zai)交變(bian)應(ying)(ying)力作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)下(xia)(xia)，裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)逐(zhu)漸擴大，直到(dao)剩(sheng)余的(de)(de)(de)(de)(de)斷面承(cheng)受(shou)不了(le)交變(bian)應(ying)(ying)力而發(fa)生(sheng)突然(ran)斷裂(lie)。研究指出，在(zai)較低溫(wen)(wen)度(du)下(xia)(xia)，疲(pi)勞(lao)(lao)裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)是(shi)穿晶(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)，而在(zai)高(gao)溫(wen)(wen)下(xia)(xia)，疲(pi)勞(lao)(lao)裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)沿晶(jing)(jing)界(jie)發(fa)展。裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)從穿晶(jing)(jing)型到(dao)沿晶(jing)(jing)型發(fa)展的(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)變(bian)溫(wen)(wen)度(du)是(shi)隨(sui)應(ying)(ying)力的(de)(de)(de)(de)(de)大小、應(ying)(ying)力交變(bian)頻率(lv)以及介(jie)質的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)等因素而改(gai)變(bian)的(de)(de)(de)(de)(de)。在(zai)交變(bian)應(ying)(ying)力條件下(xia)(xia)，一(yi)般比(bi)靜拉伸測出的(de)(de)(de)(de)(de)穿晶(jing)(jing)沿晶(jing)(jing)斷裂(lie)轉(zhuan)變(bian)溫(wen)(wen)度(du)要高(gao)。增加交變(bian)應(ying)(ying)力的(de)(de)(de)(de)(de)頻率(lv)，該轉(zhuan)變(bian)溫(wen)(wen)度(du)升高(gao)；由于(yu)化學介(jie)質的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，該轉(zhuan)變(bian)溫(wen)(wen)度(du)降得很低。另外，耐熱鋼與合金(jin)在(zai)一(yi)定溫(wen)(wen)度(du)下(xia)(xia)給(gei)定時間內(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)疲(pi)勞(lao)(lao)破壞應(ying)(ying)力是(shi)與同樣條件下(xia)(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)持(chi)久(jiu)強(qiang)度(du)之(zhi)間有很好的(de)(de)(de)(de)(de)相關性，一(yi)般持(chi)久(jiu)強(qiang)度(du)越(yue)高(gao)，高(gao)溫(wen)(wen)疲(pi)勞(lao)(lao)強(qiang)度(du)越(yue)高(gao)。


  研究結果表明(ming)，某材料(liao)在某一(yi)高(gao)溫下，108次(ci)高(gao)溫疲勞強度是該溫度下高(gao)溫抗拉強度的(de) 1/2 。


  不(bu)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。


  熱膨脹系數(shu)越(yue)(yue)小(xiao)，在同一熱周期作用下應變量越(yue)(yue)小(xiao)，變形(xing)抗力越(yue)(yue)小(xiao)和(he)(he)斷裂強度越(yue)(yue)高，持久壽(shou)(shou)命(ming)就越(yue)(yue)長(chang)。可以說馬氏(shi)體型不(bu)銹(xiu)鋼1Cr17的(de)疲(pi)勞壽(shou)(shou)命(ming)最長(chang)，而(er)0Cr19Ni9、0Cr23Ni13和(he)(he)2Cr25Ni20等奧氏(shi)體型不(bu)銹(xiu)鋼的(de)疲(pi)勞壽(shou)(shou)命(ming)最短。另外，鑄件較鍛(duan)件更(geng)易發生由于(yu)熱疲(pi)勞引起的(de)破壞。


  在室溫(wen)下(xia)，107次疲勞強(qiang)(qiang)度是抗(kang)拉強(qiang)(qiang)度的1/2。與高(gao)溫(wen)下(xia)的疲勞強(qiang)(qiang)度相比可(ke)知(zhi)，從室溫(wen)到高(gao)溫(wen)的溫(wen)度范圍內疲勞強(qiang)(qiang)度沒有太大的差異。


  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(ban)隨著加熱(re)(re)和冷卻，用于部(bu)件的支撐件，因(yin)熱(re)(re)膨脹、熱(re)(re)收(shou)縮受到約束時，這(zhe)(zhe)將阻(zu)礙(ai)材料(liao)的脹縮變形，而產(chan)生應力(li)。這(zhe)(zhe)種(zhong)隨著溫度(du)反復變化而引(yin)起應力(li)也反復變化，導致(zhi)使材料(liao)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(nai)熱鋼(gang)與合金(jin)在一定(ding)溫度下給定(ding)時(shi)間內(nei)的疲(pi)勞破壞應力是與同樣條件下的持久強(qiang)度之間有很好的相關性，一般持久強(qiang)度越高，高溫疲(pi)勞強(qiang)度越高。