金屬材(cai)料的(de)疲(pi)勞分為高溫疲(pi)勞和熱疲(pi)勞。


  高溫疲(pi)(pi)勞(lao)是指在高溫下，受交變或重復應(ying)力(li)作用的高溫零件(jian)，也經常因疲(pi)(pi)勞(lao)而引起斷裂的現象稱為高溫疲(pi)(pi)勞(lao)。


  受交變(bian)或重復(fu)應(ying)力作(zuo)用(yong)的高溫(wen)零件，也經(jing)常因疲勞(lao)而(er)引起斷裂。由于在(zai)(zai)對(dui)(dui)稱交變(bian)應(ying)力作(zuo)用(yong)下(xia)，在(zai)(zai)張應(ying)力期所產生的伸長(chang)在(zai)(zai)一(yi)(yi)定(ding)程度上為以(yi)后壓(ya)應(ying)力產生的壓(ya)縮所抵消(xiao)，所以(yi)一(yi)(yi)般只有在(zai)(zai)不對(dui)(dui)稱交變(bian)應(ying)力下(xia)其(qi)不對(dui)(dui)稱部分應(ying)力才會引起蠕變(bian)。


  疲勞(lao)裂紋(wen)一般是由表面層(ceng)或(huo)表面下(xia)某(mou)些(xie)缺陷形成的(de)(de)(de)(de)(de)。在(zai)(zai)交(jiao)變(bian)(bian)應(ying)力(li)作用(yong)下(xia)，裂紋(wen)逐(zhu)漸擴(kuo)大，直到(dao)剩(sheng)余的(de)(de)(de)(de)(de)斷(duan)面承(cheng)受不了交(jiao)變(bian)(bian)應(ying)力(li)而(er)發生突然斷(duan)裂。研究指(zhi)出，在(zai)(zai)較低溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)下(xia)，疲勞(lao)裂紋(wen)是穿(chuan)晶的(de)(de)(de)(de)(de)，而(er)在(zai)(zai)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)下(xia)，疲勞(lao)裂紋(wen)沿(yan)晶界發展(zhan)。裂紋(wen)從穿(chuan)晶型(xing)到(dao)沿(yan)晶型(xing)發展(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)轉變(bian)(bian)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)是隨應(ying)力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)大小(xiao)、應(ying)力(li)交(jiao)變(bian)(bian)頻(pin)率(lv)以及介(jie)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)等(deng)因素而(er)改(gai)變(bian)(bian)的(de)(de)(de)(de)(de)。在(zai)(zai)交(jiao)變(bian)(bian)應(ying)力(li)條件(jian)下(xia)，一般比(bi)靜拉伸測出的(de)(de)(de)(de)(de)穿(chuan)晶沿(yan)晶斷(duan)裂轉變(bian)(bian)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)要高(gao)(gao)。增加交(jiao)變(bian)(bian)應(ying)力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)頻(pin)率(lv)，該轉變(bian)(bian)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)升高(gao)(gao)；由于化(hua)學介(jie)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)，該轉變(bian)(bian)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)降(jiang)得很低。另外，耐熱鋼與合金在(zai)(zai)一定溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)下(xia)給(gei)定時間內的(de)(de)(de)(de)(de)疲勞(lao)破壞應(ying)力(li)是與同樣(yang)條件(jian)下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)持(chi)久強度(du)(du)(du)之間有很好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)相關性(xing)，一般持(chi)久強度(du)(du)(du)越(yue)高(gao)(gao)，高(gao)(gao)溫(wen)(wen)疲勞(lao)強度(du)(du)(du)越(yue)高(gao)(gao)。


  研究結果表明，某材料在(zai)某一高溫(wen)(wen)下，108次高溫(wen)(wen)疲勞(lao)強度是(shi)該(gai)溫(wen)(wen)度下高溫(wen)(wen)抗拉強度的 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(re)膨(peng)脹系數越(yue)小(xiao)，在(zai)同(tong)一熱(re)周期作(zuo)用下(xia)應變量越(yue)小(xiao)，變形抗力越(yue)小(xiao)和斷裂(lie)強(qiang)度越(yue)高(gao)，持(chi)久壽(shou)命就越(yue)長(chang)(chang)。可(ke)以(yi)說(shuo)馬(ma)氏體型不銹鋼(gang)1Cr17的疲(pi)勞(lao)壽(shou)命最長(chang)(chang)，而0Cr19Ni9、0Cr23Ni13和2Cr25Ni20等奧(ao)氏體型不銹鋼(gang)的疲(pi)勞(lao)壽(shou)命最短。另外，鑄(zhu)件較鍛件更(geng)易發(fa)生由于熱(re)疲(pi)勞(lao)引起的破壞。


  在室溫(wen)下，107次疲(pi)勞(lao)強(qiang)度(du)是抗拉強(qiang)度(du)的1/2。與高溫(wen)下的疲(pi)勞(lao)強(qiang)度(du)相比可知，從室溫(wen)到高溫(wen)的溫(wen)度(du)范圍內疲(pi)勞(lao)強(qiang)度(du)沒有太大的差(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(re)和冷(leng)卻，用于部件(jian)的(de)支撐件(jian)，因熱(re)膨脹(zhang)、熱(re)收縮受到(dao)約束時，這將阻(zu)礙材料的(de)脹(zhang)縮變(bian)(bian)形(xing)，而產生應(ying)(ying)力。這種隨著溫度反復變(bian)(bian)化而引起應(ying)(ying)力也反復變(bian)(bian)化，導致使材料損(sun)傷的(de)現(xian)象同(tong)樣為(wei)熱(re)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，耐熱鋼與合金在一定溫(wen)度下(xia)給(gei)定時間內的疲勞(lao)破壞應(ying)力是與同樣條件下(xia)的持久(jiu)強(qiang)(qiang)度之(zhi)間有很好的相關性，一般持久(jiu)強(qiang)(qiang)度越高，高溫(wen)疲勞(lao)強(qiang)(qiang)度越高。