金屬材料(liao)的疲(pi)勞分(fen)為高溫(wen)疲(pi)勞和熱疲(pi)勞。


  高(gao)溫疲(pi)勞是(shi)指在(zai)高(gao)溫下，受(shou)交變或重復(fu)應力作用(yong)的高(gao)溫零件，也經常因疲(pi)勞而引起斷裂的現象稱為高(gao)溫疲(pi)勞。


  受交(jiao)變(bian)或重復應(ying)(ying)力(li)作用(yong)的(de)高溫零件(jian)，也(ye)經常因疲勞而引起(qi)斷(duan)裂。由于(yu)在對稱交(jiao)變(bian)應(ying)(ying)力(li)作用(yong)下，在張(zhang)應(ying)(ying)力(li)期所產生(sheng)(sheng)的(de)伸長在一(yi)定程(cheng)度(du)上為(wei)以后(hou)壓(ya)應(ying)(ying)力(li)產生(sheng)(sheng)的(de)壓(ya)縮所抵消，所以一(yi)般只有在不(bu)對稱交(jiao)變(bian)應(ying)(ying)力(li)下其不(bu)對稱部分應(ying)(ying)力(li)才會引起(qi)蠕變(bian)。


  疲(pi)(pi)勞(lao)裂(lie)紋(wen)一般(ban)是(shi)由表面層(ceng)或表面下(xia)(xia)(xia)某些缺陷形成的。在交(jiao)變(bian)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)作(zuo)(zuo)用(yong)下(xia)(xia)(xia)，裂(lie)紋(wen)逐漸擴大(da)，直到剩(sheng)余的斷面承受不了(le)交(jiao)變(bian)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)而(er)(er)(er)發生突然斷裂(lie)。研究指出(chu)，在較低(di)溫(wen)度(du)(du)(du)下(xia)(xia)(xia)，疲(pi)(pi)勞(lao)裂(lie)紋(wen)是(shi)穿(chuan)晶(jing)(jing)的，而(er)(er)(er)在高(gao)(gao)溫(wen)下(xia)(xia)(xia)，疲(pi)(pi)勞(lao)裂(lie)紋(wen)沿晶(jing)(jing)界發展。裂(lie)紋(wen)從穿(chuan)晶(jing)(jing)型到沿晶(jing)(jing)型發展的轉(zhuan)變(bian)溫(wen)度(du)(du)(du)是(shi)隨應(ying)(ying)力(li)(li)(li)的大(da)小(xiao)、應(ying)(ying)力(li)(li)(li)交(jiao)變(bian)頻(pin)率以及(ji)介質的作(zuo)(zuo)用(yong)等因素而(er)(er)(er)改變(bian)的。在交(jiao)變(bian)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)條件下(xia)(xia)(xia)，一般(ban)比(bi)靜(jing)拉(la)伸測出(chu)的穿(chuan)晶(jing)(jing)沿晶(jing)(jing)斷裂(lie)轉(zhuan)變(bian)溫(wen)度(du)(du)(du)要高(gao)(gao)。增加(jia)交(jiao)變(bian)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)的頻(pin)率，該轉(zhuan)變(bian)溫(wen)度(du)(du)(du)升(sheng)高(gao)(gao)；由于(yu)化(hua)學介質的作(zuo)(zuo)用(yong)，該轉(zhuan)變(bian)溫(wen)度(du)(du)(du)降得很低(di)。另外(wai)，耐(nai)熱(re)鋼與合金在一定(ding)溫(wen)度(du)(du)(du)下(xia)(xia)(xia)給(gei)定(ding)時間內(nei)的疲(pi)(pi)勞(lao)破(po)壞應(ying)(ying)力(li)(li)(li)是(shi)與同樣條件下(xia)(xia)(xia)的持久(jiu)強度(du)(du)(du)之間有很好的相關性，一般(ban)持久(jiu)強度(du)(du)(du)越高(gao)(gao)，高(gao)(gao)溫(wen)疲(pi)(pi)勞(lao)強度(du)(du)(du)越高(gao)(gao)。


  研(yan)究結(jie)果(guo)表明(ming)，某材料在某一高(gao)溫(wen)(wen)下(xia)，108次高(gao)溫(wen)(wen)疲勞強(qiang)度(du)是該溫(wen)(wen)度(du)下(xia)高(gao)溫(wen)(wen)抗拉強(qiang)度(du)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(zhang)系(xi)數越(yue)(yue)(yue)小，在同一熱(re)周期(qi)作用下應變量越(yue)(yue)(yue)小，變形(xing)抗力越(yue)(yue)(yue)小和(he)斷裂強度越(yue)(yue)(yue)高(gao)，持久壽命就(jiu)越(yue)(yue)(yue)長。可以說馬氏體(ti)型不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)1Cr17的疲勞(lao)壽命最長，而(er)0Cr19Ni9、0Cr23Ni13和(he)2Cr25Ni20等奧氏體(ti)型不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的疲勞(lao)壽命最短。另外(wai)，鑄件較鍛(duan)件更易(yi)發生(sheng)由于熱(re)疲勞(lao)引起的破壞。


  在室(shi)溫(wen)下(xia)，107次疲(pi)(pi)勞強(qiang)度(du)是抗拉強(qiang)度(du)的(de)1/2。與高(gao)溫(wen)下(xia)的(de)疲(pi)(pi)勞強(qiang)度(du)相(xiang)比可(ke)知，從室(shi)溫(wen)到高(gao)溫(wen)的(de)溫(wen)度(du)范圍(wei)內疲(pi)(pi)勞強(qiang)度(du)沒有太大的(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，用于部件(jian)的(de)支撐件(jian)，因熱膨脹(zhang)、熱收縮(suo)受到約(yue)束時，這(zhe)將阻礙材料(liao)的(de)脹(zhang)縮(suo)變形(xing)，而產生(sheng)應力。這(zhe)種隨著(zhu)溫度(du)反復變化(hua)而引起應力也反復變化(hua)，導致使材料(liao)損傷(shang)的(de)現象同樣為熱疲勞。


  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。


  另外，耐熱鋼與合金(jin)在一(yi)定溫度(du)下給定時間內的疲勞破壞應(ying)力是與同樣條件(jian)下的持(chi)(chi)久強(qiang)度(du)之間有很好的相關性，一(yi)般持(chi)(chi)久強(qiang)度(du)越高(gao)，高(gao)溫疲勞強(qiang)度(du)越高(gao)。