金(jin)屬材料的疲勞(lao)(lao)分為高溫疲勞(lao)(lao)和熱(re)疲勞(lao)(lao)。


  高溫(wen)疲勞是指在(zai)高溫(wen)下，受交變或重復應力作用(yong)的高溫(wen)零(ling)件，也經常因疲勞而引起斷裂的現象稱為高溫(wen)疲勞。


  受交變(bian)或重(zhong)復(fu)應(ying)(ying)力作(zuo)用(yong)的高溫零件，也經常因疲勞而引(yin)起斷裂。由于在對(dui)稱交變(bian)應(ying)(ying)力作(zuo)用(yong)下，在張應(ying)(ying)力期所產(chan)生(sheng)的伸長在一定程度上為以(yi)后壓應(ying)(ying)力產(chan)生(sheng)的壓縮所抵消，所以(yi)一般(ban)只(zhi)有(you)在不(bu)(bu)對(dui)稱交變(bian)應(ying)(ying)力下其不(bu)(bu)對(dui)稱部分應(ying)(ying)力才會(hui)引(yin)起蠕變(bian)。


  疲勞裂(lie)(lie)紋一般(ban)是由表面(mian)層或表面(mian)下(xia)(xia)某些缺陷形成的(de)(de)。在(zai)(zai)交(jiao)變(bian)(bian)(bian)應(ying)(ying)力(li)作用(yong)下(xia)(xia)，裂(lie)(lie)紋逐漸擴大(da)，直(zhi)到剩余的(de)(de)斷面(mian)承受不了(le)交(jiao)變(bian)(bian)(bian)應(ying)(ying)力(li)而(er)(er)發生突然斷裂(lie)(lie)。研究指出(chu)，在(zai)(zai)較低(di)(di)溫(wen)(wen)度(du)下(xia)(xia)，疲勞裂(lie)(lie)紋是穿晶的(de)(de)，而(er)(er)在(zai)(zai)高溫(wen)(wen)下(xia)(xia)，疲勞裂(lie)(lie)紋沿晶界發展。裂(lie)(lie)紋從穿晶型到沿晶型發展的(de)(de)轉變(bian)(bian)(bian)溫(wen)(wen)度(du)是隨(sui)應(ying)(ying)力(li)的(de)(de)大(da)小(xiao)、應(ying)(ying)力(li)交(jiao)變(bian)(bian)(bian)頻率以及介質的(de)(de)作用(yong)等因素而(er)(er)改變(bian)(bian)(bian)的(de)(de)。在(zai)(zai)交(jiao)變(bian)(bian)(bian)應(ying)(ying)力(li)條件下(xia)(xia)，一般(ban)比靜拉(la)伸測出(chu)的(de)(de)穿晶沿晶斷裂(lie)(lie)轉變(bian)(bian)(bian)溫(wen)(wen)度(du)要高。增加交(jiao)變(bian)(bian)(bian)應(ying)(ying)力(li)的(de)(de)頻率，該轉變(bian)(bian)(bian)溫(wen)(wen)度(du)升(sheng)高；由于化學介質的(de)(de)作用(yong)，該轉變(bian)(bian)(bian)溫(wen)(wen)度(du)降得很低(di)(di)。另(ling)外，耐(nai)熱鋼與合金在(zai)(zai)一定溫(wen)(wen)度(du)下(xia)(xia)給(gei)定時間內的(de)(de)疲勞破壞(huai)應(ying)(ying)力(li)是與同樣條件下(xia)(xia)的(de)(de)持(chi)久強(qiang)度(du)之間有(you)很好的(de)(de)相關性，一般(ban)持(chi)久強(qiang)度(du)越高，高溫(wen)(wen)疲勞強(qiang)度(du)越高。


  研究(jiu)結果表明，某(mou)材料在某(mou)一高(gao)溫下(xia)，108次高(gao)溫疲勞強(qiang)度(du)是該溫度(du)下(xia)高(gao)溫抗拉(la)強(qiang)度(du)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(re)(re)膨脹系數越(yue)小(xiao)(xiao)，在同一熱(re)(re)周期作用下應變(bian)量(liang)越(yue)小(xiao)(xiao)，變(bian)形抗力(li)越(yue)小(xiao)(xiao)和斷裂強度越(yue)高，持久壽(shou)命就越(yue)長(chang)。可以說(shuo)馬(ma)氏(shi)體型(xing)不銹鋼1Cr17的(de)疲勞壽(shou)命最長(chang)，而0Cr19Ni9、0Cr23Ni13和2Cr25Ni20等奧氏(shi)體型(xing)不銹鋼的(de)疲勞壽(shou)命最短。另外，鑄件較(jiao)鍛(duan)件更易發生由于熱(re)(re)疲勞引(yin)起的(de)破(po)壞。


  在(zai)室(shi)(shi)溫下，107次疲勞(lao)強(qiang)度是抗拉強(qiang)度的(de)1/2。與(yu)高(gao)溫下的(de)疲勞(lao)強(qiang)度相比(bi)可知，從室(shi)(shi)溫到高(gao)溫的(de)溫度范圍內(nei)疲勞(lao)強(qiang)度沒有(you)太(tai)大的(de)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)加熱和冷卻，用于(yu)部(bu)件的(de)支撐件，因熱膨脹(zhang)、熱收縮(suo)受到(dao)約束時，這將(jiang)阻(zu)礙材(cai)料(liao)(liao)的(de)脹(zhang)縮(suo)變形，而(er)產(chan)生應(ying)(ying)力。這種隨著(zhu)溫度反復變化(hua)而(er)引起(qi)應(ying)(ying)力也(ye)反復變化(hua)，導(dao)致使(shi)材(cai)料(liao)(liao)損傷(shang)的(de)現象同樣(yang)為熱疲勞。


  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(wai)，耐熱(re)鋼與合金在(zai)一定溫度(du)下給定時(shi)間內的疲勞破壞應力是與同樣條件下的持久(jiu)強(qiang)度(du)之間有(you)很好的相關(guan)性，一般持久(jiu)強(qiang)度(du)越(yue)高，高溫疲勞強(qiang)度(du)越(yue)高。