金屬材料的(de)疲(pi)勞(lao)分為(wei)高溫疲(pi)勞(lao)和熱疲(pi)勞(lao)。


  高(gao)溫(wen)(wen)疲勞是指在高(gao)溫(wen)(wen)下，受交(jiao)變或(huo)重(zhong)復應力作用的(de)高(gao)溫(wen)(wen)零件，也經常因疲勞而引起斷裂的(de)現象稱為高(gao)溫(wen)(wen)疲勞。


  受交(jiao)(jiao)變(bian)或(huo)重復應力(li)作用的(de)高溫零件(jian)，也經常因疲勞而引起斷裂。由于在對稱(cheng)交(jiao)(jiao)變(bian)應力(li)作用下，在張應力(li)期所(suo)產生的(de)伸長在一定程度(du)上為以(yi)(yi)后壓(ya)應力(li)產生的(de)壓(ya)縮所(suo)抵消，所(suo)以(yi)(yi)一般只(zhi)有在不(bu)對稱(cheng)交(jiao)(jiao)變(bian)應力(li)下其不(bu)對稱(cheng)部分(fen)應力(li)才會(hui)引起蠕變(bian)。


  疲(pi)勞裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)一(yi)般(ban)是(shi)由表(biao)面(mian)層或表(biao)面(mian)下(xia)某(mou)些缺陷(xian)形成的(de)(de)(de)。在交(jiao)(jiao)(jiao)變(bian)應力(li)作用(yong)下(xia)，裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)逐漸擴大(da)，直到剩余(yu)的(de)(de)(de)斷(duan)面(mian)承受不了交(jiao)(jiao)(jiao)變(bian)應力(li)而(er)發(fa)生(sheng)突然斷(duan)裂(lie)(lie)。研究指出，在較低溫度(du)下(xia)，疲(pi)勞裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)是(shi)穿(chuan)晶(jing)的(de)(de)(de)，而(er)在高(gao)(gao)溫下(xia)，疲(pi)勞裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)沿晶(jing)界發(fa)展。裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)從穿(chuan)晶(jing)型到沿晶(jing)型發(fa)展的(de)(de)(de)轉變(bian)溫度(du)是(shi)隨應力(li)的(de)(de)(de)大(da)小、應力(li)交(jiao)(jiao)(jiao)變(bian)頻率以及(ji)介(jie)質的(de)(de)(de)作用(yong)等(deng)因素而(er)改變(bian)的(de)(de)(de)。在交(jiao)(jiao)(jiao)變(bian)應力(li)條(tiao)件下(xia)，一(yi)般(ban)比靜拉伸測出的(de)(de)(de)穿(chuan)晶(jing)沿晶(jing)斷(duan)裂(lie)(lie)轉變(bian)溫度(du)要高(gao)(gao)。增加交(jiao)(jiao)(jiao)變(bian)應力(li)的(de)(de)(de)頻率，該(gai)轉變(bian)溫度(du)升(sheng)高(gao)(gao)；由于化學介(jie)質的(de)(de)(de)作用(yong)，該(gai)轉變(bian)溫度(du)降得很低。另(ling)外(wai)，耐(nai)熱鋼與合金(jin)在一(yi)定(ding)溫度(du)下(xia)給(gei)定(ding)時間內的(de)(de)(de)疲(pi)勞破壞應力(li)是(shi)與同(tong)樣(yang)條(tiao)件下(xia)的(de)(de)(de)持久(jiu)強(qiang)度(du)之間有很好(hao)的(de)(de)(de)相關性，一(yi)般(ban)持久(jiu)強(qiang)度(du)越高(gao)(gao)，高(gao)(gao)溫疲(pi)勞強(qiang)度(du)越高(gao)(gao)。


  研究(jiu)結果表明(ming)，某(mou)材(cai)料在(zai)某(mou)一(yi)高(gao)溫下，108次高(gao)溫疲勞強度(du)是該溫度(du)下高(gao)溫抗拉(la)強度(du)的 1/2 。


  不銹鋼(gang)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)膨脹系數越(yue)小，在同一熱(re)周期作用下應(ying)變(bian)量越(yue)小，變(bian)形抗力越(yue)小和(he)斷裂強度(du)越(yue)高，持(chi)久(jiu)壽命(ming)就越(yue)長。可以說(shuo)馬氏體(ti)型(xing)(xing)不銹(xiu)鋼1Cr17的疲勞(lao)壽命(ming)最長，而(er)0Cr19Ni9、0Cr23Ni13和(he)2Cr25Ni20等奧氏體(ti)型(xing)(xing)不銹(xiu)鋼的疲勞(lao)壽命(ming)最短。另外，鑄件較鍛件更易發生由于熱(re)疲勞(lao)引起的破(po)壞。


  在室溫(wen)下，107次疲(pi)勞強(qiang)(qiang)度(du)是抗拉(la)強(qiang)(qiang)度(du)的1/2。與高(gao)溫(wen)下的疲(pi)勞強(qiang)(qiang)度(du)相(xiang)比可知，從室溫(wen)到高(gao)溫(wen)的溫(wen)度(du)范圍內疲(pi)勞強(qiang)(qiang)度(du)沒有太大(da)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


  伴隨(sui)著(zhu)加熱和冷卻，用(yong)于(yu)部件(jian)(jian)的(de)支(zhi)撐件(jian)(jian)，因熱膨脹(zhang)、熱收縮受到約束時，這將(jiang)阻礙材料(liao)(liao)的(de)脹(zhang)縮變(bian)形，而(er)產生應力。這種隨(sui)著(zhu)溫度反復變(bian)化而(er)引起應力也(ye)反復變(bian)化，導致使材料(liao)(liao)損傷的(de)現象同樣為熱疲(pi)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)熱鋼與(yu)合金在一定溫度(du)下(xia)給定時間(jian)內(nei)的疲勞破(po)壞(huai)應力(li)是與(yu)同樣條(tiao)件(jian)下(xia)的持(chi)久(jiu)強(qiang)度(du)之間(jian)有很(hen)好的相關性，一般持(chi)久(jiu)強(qiang)度(du)越高，高溫疲勞強(qiang)度(du)越高。