金(jin)屬材料的(de)疲(pi)(pi)勞(lao)分為高溫疲(pi)(pi)勞(lao)和熱疲(pi)(pi)勞(lao)。


  高(gao)(gao)溫疲勞是指在高(gao)(gao)溫下，受交變或重復應力作用的高(gao)(gao)溫零件，也經常因疲勞而引起斷裂的現(xian)象稱(cheng)為高(gao)(gao)溫疲勞。


  受交變或重復應(ying)(ying)力作用的(de)高(gao)溫零件，也經常因疲勞而引起斷(duan)裂。由于(yu)在(zai)對稱交變應(ying)(ying)力作用下(xia)，在(zai)張應(ying)(ying)力期所(suo)產生的(de)伸長(chang)在(zai)一定程(cheng)度(du)上為以后壓(ya)應(ying)(ying)力產生的(de)壓(ya)縮所(suo)抵消(xiao)，所(suo)以一般(ban)只有(you)在(zai)不(bu)(bu)對稱交變應(ying)(ying)力下(xia)其不(bu)(bu)對稱部分應(ying)(ying)力才會(hui)引起蠕變。


  疲(pi)勞裂(lie)(lie)紋(wen)一(yi)般是由表面層或表面下(xia)(xia)(xia)某(mou)些(xie)缺陷形成的(de)(de)。在(zai)交(jiao)變(bian)(bian)(bian)(bian)應力(li)(li)作(zuo)用(yong)下(xia)(xia)(xia)，裂(lie)(lie)紋(wen)逐(zhu)漸擴大，直到(dao)剩余的(de)(de)斷面承受不了交(jiao)變(bian)(bian)(bian)(bian)應力(li)(li)而發生突(tu)然斷裂(lie)(lie)。研究指出(chu)，在(zai)較低溫(wen)(wen)(wen)度(du)下(xia)(xia)(xia)，疲(pi)勞裂(lie)(lie)紋(wen)是穿(chuan)晶的(de)(de)，而在(zai)高溫(wen)(wen)(wen)下(xia)(xia)(xia)，疲(pi)勞裂(lie)(lie)紋(wen)沿晶界發展。裂(lie)(lie)紋(wen)從穿(chuan)晶型到(dao)沿晶型發展的(de)(de)轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)(bian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)是隨應力(li)(li)的(de)(de)大小、應力(li)(li)交(jiao)變(bian)(bian)(bian)(bian)頻率(lv)以及(ji)介質的(de)(de)作(zuo)用(yong)等(deng)因素而改變(bian)(bian)(bian)(bian)的(de)(de)。在(zai)交(jiao)變(bian)(bian)(bian)(bian)應力(li)(li)條(tiao)件(jian)下(xia)(xia)(xia)，一(yi)般比靜拉伸測(ce)出(chu)的(de)(de)穿(chuan)晶沿晶斷裂(lie)(lie)轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)(bian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)要高。增加交(jiao)變(bian)(bian)(bian)(bian)應力(li)(li)的(de)(de)頻率(lv)，該(gai)轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)(bian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)升高；由于(yu)化學(xue)介質的(de)(de)作(zuo)用(yong)，該(gai)轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)(bian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)降得很低。另外，耐熱(re)鋼與合金在(zai)一(yi)定溫(wen)(wen)(wen)度(du)下(xia)(xia)(xia)給定時間(jian)內的(de)(de)疲(pi)勞破壞應力(li)(li)是與同樣(yang)條(tiao)件(jian)下(xia)(xia)(xia)的(de)(de)持久強(qiang)度(du)之間(jian)有很好的(de)(de)相關性，一(yi)般持久強(qiang)度(du)越(yue)高，高溫(wen)(wen)(wen)疲(pi)勞強(qiang)度(du)越(yue)高。


  研究結果表明，某材料在某一高(gao)(gao)溫(wen)下，108次高(gao)(gao)溫(wen)疲勞(lao)強度是該(gai)溫(wen)度下高(gao)(gao)溫(wen)抗(kang)拉強度的(de) 1/2 。


  不(bu)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)(re)膨脹系數(shu)越(yue)(yue)(yue)小(xiao)，在同(tong)一熱(re)(re)周期作用下應(ying)變(bian)量越(yue)(yue)(yue)小(xiao)，變(bian)形抗力越(yue)(yue)(yue)小(xiao)和斷裂強度越(yue)(yue)(yue)高(gao)，持久(jiu)壽命(ming)就越(yue)(yue)(yue)長。可以(yi)說馬氏體型不銹鋼1Cr17的疲勞壽命(ming)最長，而0Cr19Ni9、0Cr23Ni13和2Cr25Ni20等奧氏體型不銹鋼的疲勞壽命(ming)最短。另外(wai)，鑄件(jian)較鍛件(jian)更易發生由于熱(re)(re)疲勞引起的破壞(huai)。


  在(zai)室(shi)溫(wen)(wen)下，107次疲勞強(qiang)度(du)(du)是抗拉強(qiang)度(du)(du)的(de)1/2。與高溫(wen)(wen)下的(de)疲勞強(qiang)度(du)(du)相比可知，從(cong)室(shi)溫(wen)(wen)到高溫(wen)(wen)的(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)范圍內疲勞強(qiang)度(du)(du)沒有太大的(de)差(cha)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(re)(re)和冷(leng)卻，用(yong)于部件(jian)(jian)的支撐件(jian)(jian)，因熱(re)(re)膨脹、熱(re)(re)收縮受到約束時，這將阻(zu)礙材(cai)料的脹縮變(bian)形，而產生應(ying)力。這種隨著(zhu)溫(wen)度反(fan)復變(bian)化(hua)而引起應(ying)力也反(fan)復變(bian)化(hua)，導致使材(cai)料損(sun)傷(shang)的現象同樣為熱(re)(re)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(ling)外，耐熱(re)鋼與合金(jin)在一定(ding)(ding)溫度(du)(du)下給定(ding)(ding)時間內的(de)疲勞(lao)破(po)壞應力(li)是與同樣條件(jian)下的(de)持(chi)久(jiu)(jiu)強度(du)(du)之間有很好的(de)相關性，一般持(chi)久(jiu)(jiu)強度(du)(du)越高，高溫疲勞(lao)強度(du)(du)越高。