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，受交變或重復應力作用的高溫零件，也經常因疲勞而引起斷裂的現象稱為高溫疲勞。

  受交變或重復應力作用的高溫零件，也經常因疲勞而引起斷裂。由于在對稱交變應力作用下，在張應力期所產生的伸長在一定程度上為以后壓應力產生的壓縮所抵消，所以一般只有在不對稱交變應力下其不對稱部分應力才會引起蠕變。

  疲勞裂紋一般是由表面層或表面下某些缺陷形成的。在交變應力作用下，裂紋逐漸擴大，直到剩余的斷面承受不了交變應力而發生突然斷裂。研究指出，在較低溫度下，疲勞裂紋是穿晶的，而在高溫下，疲勞裂紋沿晶界發展。裂紋從穿晶型到沿晶型發展的轉變溫度是隨應力的大小、應力交變頻率以及介質的作用等因素而改變的。在交變應力條件下，一般比靜拉伸測出的穿晶沿晶斷裂轉變溫度要高。增加交變應力的頻率，該轉變溫度升高；由于化學介質的作用，該轉變溫度降得很低。另外，耐熱鋼與合金在一定溫度下給定時間內的疲勞破壞應力是與同樣條件下的持久強度之間有很好的相關性，一般持久強度越高，高溫疲勞強度越高。

  研究結果表明，某材料在某一高溫下，108次高溫疲勞強度是該溫度下高溫抗拉強度的 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。

  熱膨脹系數越小，在同一熱周期作用下應變量越小，變形抗力越小和斷裂強度越高，持久壽命就越長。可以說馬氏體型不銹鋼1Cr17的疲勞壽命最長，而0Cr19Ni9、0Cr23Ni13和2Cr25Ni20等奧氏體型不銹鋼的疲勞壽命最短。另外，鑄件較鍛件更易發生由于熱疲勞引起的破壞。

  在室溫下，107次疲勞強度是抗拉強度的1/2。與高溫下的疲勞強度相比可知，從室溫到高溫的溫度范圍內疲勞強度沒有太大的差異。

  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。

  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，這將阻礙材料的脹縮變形，而產生應力。這種隨著溫度反復變化而引起應力也反復變化，導致使材料損傷的現象同樣為熱疲勞。

  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，耐熱鋼與合金在一定溫度下給定時間內的疲勞破壞應力是與同樣條件下的持久強度之間有很好的相關性，一般持久強度越高，高溫疲勞強度越高。