金屬材料的疲勞分為高溫(wen)疲勞和熱疲勞。


  高(gao)溫(wen)疲勞是指在高(gao)溫(wen)下(xia)，受交變或(huo)重(zhong)復應力作用的(de)高(gao)溫(wen)零件(jian)，也經常因疲勞而引(yin)起斷裂(lie)的(de)現象稱為(wei)高(gao)溫(wen)疲勞。


  受交變(bian)(bian)(bian)或重復應(ying)(ying)力(li)作(zuo)用的(de)高溫(wen)零件(jian)，也經常因疲勞而引起斷(duan)裂。由于在(zai)(zai)(zai)對(dui)稱(cheng)交變(bian)(bian)(bian)應(ying)(ying)力(li)作(zuo)用下，在(zai)(zai)(zai)張應(ying)(ying)力(li)期所(suo)產(chan)生的(de)伸長在(zai)(zai)(zai)一(yi)定程度(du)上為以后(hou)壓應(ying)(ying)力(li)產(chan)生的(de)壓縮(suo)所(suo)抵消，所(suo)以一(yi)般只(zhi)有在(zai)(zai)(zai)不(bu)對(dui)稱(cheng)交變(bian)(bian)(bian)應(ying)(ying)力(li)下其不(bu)對(dui)稱(cheng)部分(fen)應(ying)(ying)力(li)才會引起蠕變(bian)(bian)(bian)。


  疲勞(lao)(lao)(lao)裂(lie)紋(wen)一(yi)(yi)般是(shi)由表(biao)面(mian)層或表(biao)面(mian)下(xia)某(mou)些(xie)缺陷(xian)形成(cheng)的(de)。在(zai)交(jiao)變(bian)(bian)應(ying)(ying)力作(zuo)用下(xia)，裂(lie)紋(wen)逐漸(jian)擴大，直到剩余(yu)的(de)斷(duan)面(mian)承受不(bu)了交(jiao)變(bian)(bian)應(ying)(ying)力而(er)發(fa)生突(tu)然斷(duan)裂(lie)。研(yan)究(jiu)指出，在(zai)較低(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)下(xia)，疲勞(lao)(lao)(lao)裂(lie)紋(wen)是(shi)穿(chuan)晶(jing)的(de)，而(er)在(zai)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)下(xia)，疲勞(lao)(lao)(lao)裂(lie)紋(wen)沿(yan)晶(jing)界發(fa)展(zhan)(zhan)。裂(lie)紋(wen)從穿(chuan)晶(jing)型到沿(yan)晶(jing)型發(fa)展(zhan)(zhan)的(de)轉(zhuan)變(bian)(bian)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)是(shi)隨應(ying)(ying)力的(de)大小、應(ying)(ying)力交(jiao)變(bian)(bian)頻(pin)率以及介質的(de)作(zuo)用等因素而(er)改變(bian)(bian)的(de)。在(zai)交(jiao)變(bian)(bian)應(ying)(ying)力條件下(xia)，一(yi)(yi)般比靜拉伸測出的(de)穿(chuan)晶(jing)沿(yan)晶(jing)斷(duan)裂(lie)轉(zhuan)變(bian)(bian)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)要高(gao)(gao)。增加(jia)交(jiao)變(bian)(bian)應(ying)(ying)力的(de)頻(pin)率，該(gai)轉(zhuan)變(bian)(bian)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)升高(gao)(gao)；由于化學介質的(de)作(zuo)用，該(gai)轉(zhuan)變(bian)(bian)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)降得很(hen)低(di)。另外，耐熱鋼與合金在(zai)一(yi)(yi)定溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)下(xia)給定時間內的(de)疲勞(lao)(lao)(lao)破壞(huai)應(ying)(ying)力是(shi)與同樣(yang)條件下(xia)的(de)持久強度(du)(du)之間有(you)很(hen)好的(de)相關性，一(yi)(yi)般持久強度(du)(du)越(yue)高(gao)(gao)，高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)疲勞(lao)(lao)(lao)強度(du)(du)越(yue)高(gao)(gao)。


  研究(jiu)結果表(biao)明，某材料(liao)在某一高溫(wen)下(xia)，108次高溫(wen)疲勞強度是該(gai)溫(wen)度下(xia)高溫(wen)抗拉強度的 1/2 。


  不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)膨脹系數(shu)越(yue)小，在同一熱(re)周期作用下(xia)應變量(liang)越(yue)小，變形抗(kang)力(li)越(yue)小和斷裂強度越(yue)高，持久壽(shou)命就越(yue)長(chang)。可以(yi)說馬(ma)氏體型(xing)不銹鋼1Cr17的(de)疲勞(lao)(lao)壽(shou)命最長(chang)，而(er)0Cr19Ni9、0Cr23Ni13和2Cr25Ni20等奧氏體型(xing)不銹鋼的(de)疲勞(lao)(lao)壽(shou)命最短。另外，鑄件(jian)(jian)較鍛件(jian)(jian)更易發生由于熱(re)疲勞(lao)(lao)引起(qi)的(de)破壞。


  在室溫(wen)下，107次(ci)疲(pi)勞強(qiang)(qiang)度(du)是抗拉強(qiang)(qiang)度(du)的(de)1/2。與高(gao)溫(wen)下的(de)疲(pi)勞強(qiang)(qiang)度(du)相比可知，從室溫(wen)到高(gao)溫(wen)的(de)溫(wen)度(du)范圍內疲(pi)勞強(qiang)(qiang)度(du)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)(re)和冷(leng)卻，用于部(bu)件的(de)支撐(cheng)件，因熱(re)(re)(re)膨脹、熱(re)(re)(re)收縮受到約束時，這將阻礙材料的(de)脹縮變形，而(er)產生應力。這種(zhong)隨著(zhu)溫度(du)反復(fu)變化而(er)引起應力也反復(fu)變化，導致使(shi)材料損傷(shang)的(de)現象同樣(yang)為熱(re)(re)(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(wai)，耐(nai)熱鋼(gang)與(yu)合(he)金(jin)在一定溫(wen)度(du)(du)下給定時間內的疲(pi)勞(lao)破壞(huai)應力是與(yu)同(tong)樣條件下的持(chi)久強(qiang)(qiang)度(du)(du)之間有很好的相關性，一般(ban)持(chi)久強(qiang)(qiang)度(du)(du)越高(gao)(gao)，高(gao)(gao)溫(wen)疲(pi)勞(lao)強(qiang)(qiang)度(du)(du)越高(gao)(gao)。