金屬材料(liao)的疲(pi)勞(lao)分為高溫疲(pi)勞(lao)和熱疲(pi)勞(lao)。


  高溫(wen)疲(pi)勞是指在高溫(wen)下(xia)，受交變(bian)或(huo)重(zhong)復應力作用的(de)高溫(wen)零件，也經常因疲(pi)勞而引起(qi)斷裂的(de)現象稱(cheng)為高溫(wen)疲(pi)勞。


  受交變或重復應(ying)力作(zuo)用(yong)的(de)高溫零件，也經常(chang)因疲勞(lao)而引起(qi)(qi)斷裂。由于在(zai)對稱(cheng)交變應(ying)力作(zuo)用(yong)下，在(zai)張應(ying)力期所(suo)產生的(de)伸長在(zai)一定程度(du)上為以后壓(ya)應(ying)力產生的(de)壓(ya)縮(suo)所(suo)抵(di)消(xiao)，所(suo)以一般只有在(zai)不(bu)對稱(cheng)交變應(ying)力下其不(bu)對稱(cheng)部分應(ying)力才會引起(qi)(qi)蠕變。


  疲(pi)勞(lao)(lao)(lao)(lao)(lao)裂紋(wen)一般是由表面(mian)層(ceng)或表面(mian)下(xia)某(mou)些(xie)缺(que)陷形成的(de)(de)(de)(de)(de)。在交(jiao)(jiao)變應力作(zuo)用下(xia)，裂紋(wen)逐(zhu)漸擴大(da)，直到剩余的(de)(de)(de)(de)(de)斷面(mian)承受不了交(jiao)(jiao)變應力而(er)發(fa)生突然斷裂。研究指出，在較低溫(wen)度(du)(du)下(xia)，疲(pi)勞(lao)(lao)(lao)(lao)(lao)裂紋(wen)是穿(chuan)(chuan)晶(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)，而(er)在高(gao)溫(wen)下(xia)，疲(pi)勞(lao)(lao)(lao)(lao)(lao)裂紋(wen)沿晶(jing)(jing)界發(fa)展。裂紋(wen)從穿(chuan)(chuan)晶(jing)(jing)型到沿晶(jing)(jing)型發(fa)展的(de)(de)(de)(de)(de)轉變溫(wen)度(du)(du)是隨應力的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)小、應力交(jiao)(jiao)變頻率以及介質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用等因(yin)素而(er)改變的(de)(de)(de)(de)(de)。在交(jiao)(jiao)變應力條(tiao)件下(xia)，一般比(bi)靜(jing)拉伸(shen)測出的(de)(de)(de)(de)(de)穿(chuan)(chuan)晶(jing)(jing)沿晶(jing)(jing)斷裂轉變溫(wen)度(du)(du)要高(gao)。增(zeng)加交(jiao)(jiao)變應力的(de)(de)(de)(de)(de)頻率，該轉變溫(wen)度(du)(du)升高(gao)；由于化學介質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用，該轉變溫(wen)度(du)(du)降得很(hen)低。另外(wai)，耐熱鋼與(yu)合金(jin)在一定(ding)溫(wen)度(du)(du)下(xia)給(gei)定(ding)時間內的(de)(de)(de)(de)(de)疲(pi)勞(lao)(lao)(lao)(lao)(lao)破(po)壞應力是與(yu)同(tong)樣條(tiao)件下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)持久強(qiang)(qiang)度(du)(du)之間有(you)很(hen)好的(de)(de)(de)(de)(de)相關性，一般持久強(qiang)(qiang)度(du)(du)越高(gao)，高(gao)溫(wen)疲(pi)勞(lao)(lao)(lao)(lao)(lao)強(qiang)(qiang)度(du)(du)越高(gao)。


  研(yan)究結(jie)果(guo)表明，某材料在(zai)某一(yi)高(gao)溫下，108次高(gao)溫疲勞強(qiang)度(du)(du)是該溫度(du)(du)下高(gao)溫抗拉(la)強(qiang)度(du)(du)的 1/2 。


  不銹(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。


  熱膨脹系數越小(xiao)(xiao)，在(zai)同一熱周期作用(yong)下(xia)應變(bian)量越小(xiao)(xiao)，變(bian)形抗力越小(xiao)(xiao)和斷(duan)裂強度越高(gao)，持(chi)久壽命就(jiu)越長(chang)。可以說馬(ma)氏(shi)體型不銹(xiu)鋼1Cr17的(de)(de)疲勞(lao)壽命最長(chang)，而0Cr19Ni9、0Cr23Ni13和2Cr25Ni20等奧氏(shi)體型不銹(xiu)鋼的(de)(de)疲勞(lao)壽命最短。另外，鑄件較鍛件更(geng)易(yi)發生由于熱疲勞(lao)引起(qi)的(de)(de)破壞(huai)。


  在室(shi)溫下，107次疲勞(lao)強度是(shi)抗(kang)拉強度的1/2。與高溫下的疲勞(lao)強度相比可知，從室(shi)溫到(dao)高溫的溫度范圍內(nei)疲勞(lao)強度沒有太大的差異。


  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


  伴隨著(zhu)加(jia)熱(re)和冷卻，用(yong)于部件(jian)的(de)支撐(cheng)件(jian)，因熱(re)膨脹(zhang)(zhang)、熱(re)收(shou)縮受到約束時，這將阻礙材料的(de)脹(zhang)(zhang)縮變形(xing)，而產(chan)生應力。這種隨著(zhu)溫度反(fan)復變化而引起(qi)應力也反(fan)復變化，導致使材料損傷的(de)現象同樣為熱(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，耐熱鋼與合金(jin)在一(yi)定(ding)溫度(du)下給定(ding)時間內的(de)疲(pi)勞破壞應(ying)力是與同樣條件下的(de)持(chi)(chi)久(jiu)(jiu)強度(du)之間有很(hen)好(hao)的(de)相關性，一(yi)般持(chi)(chi)久(jiu)(jiu)強度(du)越(yue)高，高溫疲(pi)勞強度(du)越(yue)高。