升温疲劳，也称为热疲劳，是指材料因温度梯度循环引起的热应力循环或热应变循环而产生的疲劳破坏现象。这种现象主要发生在金属材料中，当材料在高温环境下工作时，温度的急剧变化会导致其内部产生热应力，从而引发疲劳损伤。

升温疲劳的主要原因

1. 温度梯度变化
   当材料暴露在高温环境中，温度的剧烈波动会导致其内部产生热应力。这种热应力在材料中反复循环，是升温疲劳的主要诱因之一。

2. 热膨胀系数差异
   不同材料或同一材料不同部位的热膨胀系数差异较大时，温度变化会引发不均匀的热应变，从而加剧疲劳损伤。

3. 晶粒粗大与分布不均
   晶粒粗大或分布不均的材料更容易受到热应力的集中作用，导致裂纹的形成和扩展。

4. 脆性材料的特性
   脆性材料对热应变的抵抗能力较差，热应力更容易达到其断裂应力，因此更容易发生热疲劳。

5. 几何结构的约束
   材料的几何形状对热膨胀和收缩的约束作用较大时，热应力会被放大，从而加速疲劳损伤。

热疲劳的影响

热疲劳会导致材料表面出现典型的龟裂状裂纹，裂纹走向可能是沿晶型或穿晶型，裂纹端部尖锐且常被氧化物覆盖。宏观上，断口呈灰色，并可能被氧化物覆盖。裂纹的扩展深度与温度变化、应力和时间密切相关。

预防与改善措施

1. 优化材料设计
   选择热膨胀系数接近的材料，避免热应力集中；优化晶粒结构，提高材料的塑性。

2. 改进工艺流程
   在制造过程中减少温度梯度的剧烈变化，控制热处理工艺。

3. 加强材料防护
   在材料表面涂覆防护层，减少环境温度对材料内部应力的影响。

通过以上措施，可以显著降低材料因升温疲劳导致的失效风险，延长其使用寿命。