疲劳是工程材料的重要力学性能之一，但对于在高温下工作的材料，除了机械疲劳外，热疲劳也是一个重要指标。众所周知，航空发动机的叶片、导叶、涡轮盘等部件经常在温度剧烈交变的条件下工作，电厂汽轮机的部件也存在温度交变的现象。由于设备零件在工作过程中的温度循环变化，使材料受到交变热应力，耐热耐磨钢伴随着弹性变形的循环，使塑性变形逐渐累积损伤，从而导致材料断裂。反复热应力循环后材料破坏的过程称为热疲劳。
热疲劳引起的失效特征是脆性的，在断裂点附近只有很少或没有明显的塑性变形。耐热耐磨钢类似于机械疲劳引起的断裂。然而，热疲劳引起的损伤过程比机械疲劳引起的损伤过程复杂得多，这与耐热耐磨钢材料在冷热过程中内部结构变化的复杂性有关。该流程需要并联和串联使用。
