金(jin)屬材料的疲勞分為高溫疲勞和熱疲勞。


  高溫(wen)疲勞(lao)是指(zhi)在高溫(wen)下，受(shou)交(jiao)變或重復應力作用的高溫(wen)零件，也經常因(yin)疲勞(lao)而引起斷裂的現象(xiang)稱為高溫(wen)疲勞(lao)。


  受交變或重復(fu)應力作用(yong)(yong)的(de)(de)高溫零件，也(ye)經(jing)常因疲勞(lao)而引起斷裂。由(you)于在(zai)(zai)對(dui)稱交變應力作用(yong)(yong)下，在(zai)(zai)張應力期所產(chan)生的(de)(de)伸長在(zai)(zai)一定程(cheng)度(du)上(shang)為以(yi)后壓(ya)應力產(chan)生的(de)(de)壓(ya)縮(suo)所抵(di)消，所以(yi)一般只有在(zai)(zai)不(bu)對(dui)稱交變應力下其不(bu)對(dui)稱部分應力才會引起蠕變。


  疲(pi)勞(lao)(lao)裂紋(wen)一般是由表面層或表面下(xia)(xia)(xia)某些缺陷形(xing)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)。在交變應(ying)(ying)(ying)力(li)作用下(xia)(xia)(xia)，裂紋(wen)逐(zhu)漸擴大，直(zhi)到剩余的(de)(de)(de)(de)(de)斷面承受不(bu)了(le)交變應(ying)(ying)(ying)力(li)而(er)發生突然斷裂。研究指出，在較低溫(wen)度(du)(du)(du)下(xia)(xia)(xia)，疲(pi)勞(lao)(lao)裂紋(wen)是穿晶(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)，而(er)在高溫(wen)下(xia)(xia)(xia)，疲(pi)勞(lao)(lao)裂紋(wen)沿晶(jing)(jing)界發展。裂紋(wen)從穿晶(jing)(jing)型(xing)到沿晶(jing)(jing)型(xing)發展的(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)變溫(wen)度(du)(du)(du)是隨應(ying)(ying)(ying)力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)大小、應(ying)(ying)(ying)力(li)交變頻率以及介質的(de)(de)(de)(de)(de)作用等因素而(er)改(gai)變的(de)(de)(de)(de)(de)。在交變應(ying)(ying)(ying)力(li)條(tiao)件下(xia)(xia)(xia)，一般比靜(jing)拉伸(shen)測出的(de)(de)(de)(de)(de)穿晶(jing)(jing)沿晶(jing)(jing)斷裂轉(zhuan)變溫(wen)度(du)(du)(du)要高。增加(jia)交變應(ying)(ying)(ying)力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)頻率，該(gai)轉(zhuan)變溫(wen)度(du)(du)(du)升高；由于化學介質的(de)(de)(de)(de)(de)作用，該(gai)轉(zhuan)變溫(wen)度(du)(du)(du)降得很(hen)低。另(ling)外，耐熱鋼與合金在一定(ding)(ding)溫(wen)度(du)(du)(du)下(xia)(xia)(xia)給定(ding)(ding)時間內的(de)(de)(de)(de)(de)疲(pi)勞(lao)(lao)破壞應(ying)(ying)(ying)力(li)是與同樣條(tiao)件下(xia)(xia)(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)持(chi)久強度(du)(du)(du)之(zhi)間有很(hen)好的(de)(de)(de)(de)(de)相關性，一般持(chi)久強度(du)(du)(du)越(yue)高，高溫(wen)疲(pi)勞(lao)(lao)強度(du)(du)(du)越(yue)高。


  研(yan)究結果表明，某(mou)材料在某(mou)一高(gao)溫(wen)下，108次高(gao)溫(wen)疲勞強度是(shi)該溫(wen)度下高(gao)溫(wen)抗拉強度的(de) 1/2 。


  不(bu)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)(re)膨脹系數(shu)越(yue)小，在同一熱(re)(re)周期作用(yong)下(xia)應變量(liang)越(yue)小，變形(xing)抗力越(yue)小和斷裂強度越(yue)高，持久壽命(ming)就(jiu)越(yue)長(chang)。可以說(shuo)馬(ma)氏(shi)體(ti)型(xing)(xing)不銹(xiu)鋼(gang)1Cr17的疲(pi)(pi)勞(lao)壽命(ming)最長(chang)，而(er)0Cr19Ni9、0Cr23Ni13和2Cr25Ni20等奧氏(shi)體(ti)型(xing)(xing)不銹(xiu)鋼(gang)的疲(pi)(pi)勞(lao)壽命(ming)最短。另(ling)外(wai)，鑄件較鍛件更(geng)易發生由于熱(re)(re)疲(pi)(pi)勞(lao)引起的破壞(huai)。


  在(zai)室溫下，107次(ci)疲勞(lao)強度(du)(du)是抗拉強度(du)(du)的(de)1/2。與高(gao)溫下的(de)疲勞(lao)強度(du)(du)相比(bi)可知(zhi)，從(cong)室溫到高(gao)溫的(de)溫度(du)(du)范圍內(nei)疲勞(lao)強度(du)(du)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


  伴隨著加熱(re)和(he)冷卻(que)，用于部件(jian)的支撐件(jian)，因(yin)熱(re)膨脹、熱(re)收縮受到約束時(shi)，這將阻礙(ai)材料的脹縮變形，而(er)產生應(ying)力。這種隨著溫度反(fan)復(fu)變化(hua)而(er)引(yin)起應(ying)力也反(fan)復(fu)變化(hua)，導致使材料損傷的現象同樣(yang)為熱(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，耐熱(re)鋼與合金在一(yi)定溫(wen)度下給定時間內的疲勞破壞應力(li)是(shi)與同(tong)樣條件下的持久(jiu)強(qiang)度之間有很(hen)好的相關性，一(yi)般(ban)持久(jiu)強(qiang)度越高(gao)，高(gao)溫(wen)疲勞強(qiang)度越高(gao)。