高温疲劳是机件在高温环境下承受交变载荷作用，经过较长时间后发生断裂的现象。这种现象通常由蠕变与机械疲劳的复合作用引起，形成条件为温度高于材料熔点的0.5倍或在再结晶温度以上。

高温疲劳的形成原因

1. 高温环境：当温度超过材料的特定阈值（如熔点的0.5倍），材料内部的原子活动加剧，导致蠕变现象的发生。蠕变是材料在高温和持续载荷作用下发生的塑性变形，是高温疲劳的先决条件。

2. 交变载荷：材料在高温下反复承受拉伸、压缩等交变应力，这种应力循环会加速疲劳裂纹的形成和扩展。高温环境进一步降低了材料的疲劳极限，使得裂纹扩展速度加快。

3. 蠕变与疲劳的交互作用：在高温和交变载荷的共同作用下，蠕变会导致材料内部晶界滑移和应力集中，从而加速裂纹的萌生和扩展。疲劳裂纹则进一步加剧材料的损伤，最终导致断裂。

4. 材料特性：不同材料的蠕变极限和疲劳强度不同，高温疲劳现象的发生与材料的化学成分、微观结构和加工工艺密切相关。例如，镍基高温合金因具有优异的抗蠕变性能，常用于高温疲劳环境。

高温疲劳的影响

• 机械性能下降：高温疲劳会导致材料的强度和韧性显著降低，从而影响机械零件的可靠性和使用寿命。
• 设备失效：在高温工业领域（如航空发动机、核电站等），高温疲劳是导致设备故障和安全事故的重要原因。

预防与解决方案

• 材料选择：选择具有高蠕变极限和疲劳强度的材料，如镍基高温合金，以适应高温环境。
• 优化设计：通过改进零件的几何形状和表面处理工艺，降低应力集中，延缓裂纹扩展。
• 疲劳试验：利用高温疲劳试验系统对材料进行测试，评估其高温疲劳性能，确保材料在实际应用中的可靠性。

高温疲劳是高温与交变载荷共同作用的结果，其形成机制复杂且对设备安全至关重要。通过合理选材、优化设计和科学测试，可以有效降低高温疲劳带来的风险。