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影響疲勞斷裂的主要因素及其改善方法

①構(gòu)件表面狀態(tài)
大量疲勞失效分析表明，疲勞斷裂多數(shù)起源于構(gòu)件的表面或亞表面，這是由于承受交變載荷的構(gòu)件工作時(shí)其表面應(yīng)力往往較高，典型的是彎曲疲勞構(gòu)件表面拉應(yīng)力Z大，加上各類工藝程序難以確保表面加工質(zhì)量而造成。因此，凡是制造工藝過(guò)程中產(chǎn)生預(yù)生裂紋(如浮火裂紋)、尖銳缺口(如表面祖糙度不符合要求，有加工刀痕等)和任何削弱表面強(qiáng)度的弊病(如表面氧化、脫碳等)都將嚴(yán)重地影響構(gòu)件的疲勞壽命。而且，材料的強(qiáng)度越高，則表面狀態(tài)對(duì)疲勞的影響也越大。

②缺口效應(yīng)與應(yīng)力集中
許多構(gòu)件包含有缺口、螺紋、孔洞、臺(tái)階以及與其相類似的表面幾何形狀，也可能有刀痕、機(jī)械劃傷等表面缺陷，這些部位使表面應(yīng)力提高和形成應(yīng)力集中區(qū)，且往往成為疲勞斷裂的起源。

③殘余應(yīng)力
如果構(gòu)件表面存在著殘余拉應(yīng)力，對(duì)疲勞極為不利。但是，如果使構(gòu)件表面誘發(fā)產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，則對(duì)抗疲勞大有好處。因?yàn)闅堄鄩?a href="http://www.msq-intl.com/productshow_55.html">應(yīng)力起著削減表面拉應(yīng)力數(shù)值的作用。一些表面熱處理工序，如表面淬火、滲碳和氮化；一些機(jī)械加工工序，如噴丸、表面、冷拔、擠壓和拋光都產(chǎn)生有利的殘余壓應(yīng)力。因此，工程上經(jīng)常采用這些方法來(lái)提高構(gòu)件的疲勞抗力。

④材料的成分和組織
在各類工程材料中，結(jié)構(gòu)鋼的疲勞強(qiáng)度Z高。在結(jié)構(gòu)鋼中，疲勞強(qiáng)度隨著含碳量增加而增高，鉻、鎳等也有類似的效應(yīng)。碳是影響疲勞強(qiáng)度的重要元素，既可間隙固溶強(qiáng)化基體，又可形成彌散碳化物進(jìn)行彌散強(qiáng)化，提高鋼材的形變抗力，阻止循環(huán)滑移帶的形成和開(kāi)裂，從而阻止疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展，以及提高疲勞強(qiáng)度。其他合金元素主要通過(guò)提高鋼的淬透性和改善鋼的強(qiáng)韌性來(lái)改善疲勞強(qiáng)度。質(zhì)量均勻、無(wú)表面或內(nèi)在連續(xù)性缺陷的材料組織抗疲勞性能好。

⑤工作條件
載荷頻率對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響是其在一定范圍內(nèi)可提高疲勞強(qiáng)度。

低于疲勞極限的應(yīng)力稱為次載。金屬在低于疲勞極限的應(yīng)力下先運(yùn)轉(zhuǎn)一定次數(shù)之后，則可以提高疲勞極限，這種次載荷強(qiáng)化作用稱為次載鍛煉。這種現(xiàn)象可能是由于應(yīng)力應(yīng)變循環(huán)產(chǎn)生的硬化及局部應(yīng)力集中松弛的結(jié)果。次載應(yīng)力水平越接近疲勞極限，其鍛煉效果越明顯；次載鍛煉的循環(huán)周次越長(zhǎng)，其鍛煉效果越好，但達(dá)到一定循環(huán)周次之后效果就不再提高。

當(dāng)加載應(yīng)力低于并接近疲勞極限時(shí)，間歇加載提高疲勞效果比較明顯，而間歇過(guò)載加載對(duì)疲勞壽命不但無(wú)益，甚至還會(huì)降低疲勞強(qiáng)度。這種間歇加載影響疲勞強(qiáng)度的規(guī)律，可以指導(dǎo)制訂機(jī)器運(yùn)行操作規(guī)程和檢驗(yàn)規(guī)程。

溫度對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響一般是溫度降低，疲勞強(qiáng)度升高；溫度升高，疲勞強(qiáng)度降低。

腐蝕環(huán)境介質(zhì)使構(gòu)件表面產(chǎn)生蝕抗、微裂紋等缺陷，將會(huì)加速疲勞源萌生而促進(jìn)腐蝕疲勞。