金屬材料的疲勞分為高溫疲勞和熱疲勞。
高溫疲勞是指在高溫下，受交變或重復(fù)應(yīng)力作用的高溫零件，也經(jīng)常因疲勞而引起斷裂的現(xiàn)象稱(chēng)為高溫疲勞。
受交變或重復(fù)應(yīng)力作用的高溫零件，也經(jīng)常因疲勞而引起斷裂。由于在對(duì)稱(chēng)交變應(yīng)力作用下，在張應(yīng)力期所產(chǎn)生的伸長(zhǎng)在一定程度上為以后壓應(yīng)力產(chǎn)生的壓縮所抵消，所以一般只有在不對(duì)稱(chēng)交變應(yīng)力下其不對(duì)稱(chēng)部分應(yīng)力才會(huì)引起蠕變。
疲勞裂紋一般是由表面層或表面下某些缺陷形成的。在交變應(yīng)力作用下，裂紋逐漸擴(kuò)大，直到剩余的斷面承受不了交變應(yīng)力而發(fā)生突然斷裂。研究指出，在較低溫度下，疲勞裂紋是穿晶的，而在高溫下，疲勞裂紋沿晶界發(fā)展。裂紋從穿晶型到沿晶型發(fā)展的轉(zhuǎn)變溫度是隨應(yīng)力的大小、應(yīng)力交變頻率以及介質(zhì)的作用等因素而改變的。在交變應(yīng)力條件下，一般比靜拉伸測(cè)出的穿晶沿晶斷裂轉(zhuǎn)變溫度要高。增加交變應(yīng)力的頻率，該轉(zhuǎn)變溫度升高；由于化學(xué)介質(zhì)的作用，該轉(zhuǎn)變溫度降得很低。另外，耐熱鋼與合金在一定溫度下給定時(shí)間內(nèi)的疲勞破壞應(yīng)力是與同樣條件下的持久強(qiáng)度之間有很好的相關(guān)性，一般持久強(qiáng)度越高，高溫疲勞強(qiáng)度越高。
研究結(jié)果表明，某材料在某一高溫下，108次高溫疲勞強(qiáng)度是該溫度下高溫抗拉強(qiáng)度的 1/2 。
不銹鋼的成分和熱處理?xiàng)l件對(duì)高溫疲勞強(qiáng)度有直接影響。特別是當(dāng)碳的含量增加時(shí)高溫疲勞強(qiáng)度明顯提高，固溶熱處理溫度對(duì)高溫疲勞強(qiáng)度也有顯著的影響。一般來(lái)說(shuō)，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(dāng)含硅量高且在高溫下具有良好延伸性的牌號(hào)的鋼種，有著良好的熱疲勞性能。
熱膨脹系數(shù)越小，在同一熱周期作用下應(yīng)變量越小，變形抗力越小和斷裂強(qiáng)度越高，持久壽命就越長(zhǎng)。可以說(shuō)馬氏體型不銹鋼1Cr17的疲勞壽命最長(zhǎng)，而0Cr19Ni9、0Cr23Ni13和2Cr25Ni20等奧氏體型不銹鋼的疲勞壽命最短。另外，鑄件較鍛件更易發(fā)生由于熱疲勞引起的破壞。
在室溫下，107次疲勞強(qiáng)度是抗拉強(qiáng)度的1/2。與高溫下的疲勞強(qiáng)度相比可知，從室溫到高溫的溫度范圍內(nèi)疲勞強(qiáng)度沒(méi)有太大的差異。
熱疲勞可能使噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)或汽輪機(jī)（透平機(jī)）的葉片等造成破壞。用所測(cè)定出來(lái)的數(shù)據(jù)繪制出的曲線，稱(chēng)為S-N曲線，見(jiàn)圖4-3，它可作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。不銹鋼的化學(xué)成分或熱處理，在蠕變時(shí)同樣會(huì)影響到高溫疲勞強(qiáng)度。06Cr18Ni11Nb（347），06Cr18Ni11Ti（321）因?yàn)榫邆涓邷靥匦裕猛据^廣，但在700℃上下的積層缺陷上，在析出微細(xì)的NbC，TiC硬化物的背面，容易發(fā)生脆性晶間裂紋，而引起疲勞強(qiáng)度的降低。
伴隨著加熱和冷卻，用于部件的支撐件，因熱膨脹、熱收縮受到約束時(shí)，這將阻礙材料的脹縮變形，而產(chǎn)生應(yīng)力。這種隨著溫度反復(fù)變化而引起應(yīng)力也反復(fù)變化，導(dǎo)致使材料損傷的現(xiàn)象同樣為熱疲勞。
研究認(rèn)為10Cr17（430）不銹鋼的疲勞壽命長(zhǎng)，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?yàn)榍罢呔€膨脹系數(shù)小，在同樣的一個(gè)熱循環(huán)過(guò)程中，其變形量越小，高溫延伸性就越大，其疲勞壽命就長(zhǎng)。
另外，耐熱鋼與合金在一定溫度下給定時(shí)間內(nèi)的疲勞破壞應(yīng)力是與同樣條件下的持久強(qiáng)度之間有很好的相關(guān)性，一般持久強(qiáng)度越高，高溫疲勞強(qiáng)度越高。
