影响金属材料疲劳强度的八大因素

影响金属材料疲劳强度的八大因素

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影响金属材料疲劳强度的八大因素

材料的疲劳强度对各种外在因素和内在因素都极为敏感。外在因素包括零件的形状和尺寸、表面光洁度及使用条件等，内在因素包括材料本身的成分，组织状态、纯净度和残余应力等。这些因素的细微变化，均会造成材料疲劳性能的波动甚至大幅度变化。

各种因素对疲劳强度的影响是疲劳研究的重要方面，这种研究将为零件合理的结构设计、以及正确选择材料和合理制订各种冷热加工工艺提供依据，以保证零件具有高的疲劳性能。

应力集中的影响

常规所讲的疲劳强度，都是用精心加工的光滑试样测得的，然而，实际机械零件都不可避免地存在着不同形式的缺口，如台阶、键槽、螺纹和油孔等。这些缺口的存在造成应力集中，使缺口根部的最大实际应力远大于零件所承受的名义应力，零件的疲劳破坏往往从这里开始。

理论应力集中系数Kt ：在理想的弹性条件下，由弹性理论求得的，缺口根部的最大实际应力与名义应力的比值。

有效应力集中系数（或疲劳应力集中系数）Kf：光滑试样的疲劳极限σ-1与缺口试样疲劳极限σ-1n的比值。

有效应力集中系数不仅受构件尺寸和形状的影响，而且受材料的物理性质、加工、热处理等多种因素的影响。

有效应力集中系数随着缺口尖锐程度的增加而增加，但通常小于理论应力集中系数。

疲劳缺口敏感度系数q：疲劳缺口敏感度系数表示材料对疲劳缺口的敏感程度，由下式计算。

q的数据范围是0-1，q值越小，表征材料对缺口越不敏感。试验表明，q并非纯粹是材料常数，它仍然和缺口尺寸有关，只有当缺口半径大于一定值后，q值才基本与缺口无关，而且对于不同材料或处理状态，此半径值也不同。

尺寸因素的影响

由于材料本身组织的不均匀性以及内部缺陷的存在，尺寸增加造成材料破坏概率的增加，从而降低材料的疲劳极限。尺寸效应的存在，是把试验室小试样测得的疲劳数据运用于大尺寸实际零件中的一个重要问题，由于不可能把实际尺寸的零件上存在的应力集中、应力梯度等完全相似地在小试样上再现出来，从而造成试验室结果与某些具体零件疲劳破坏之间的互相脱节。

表面加工状态的影响

机加工的表面总存在着高低不平的加工痕迹，这些痕迹就相当于微小缺口，在材料表面造成应力集中，从而降低材料的疲劳强度。试验表明，对于钢和铝合金，粗糙的加工（粗车）与纵向精抛光相比，疲劳极限要降低10%－20%甚至更多。材料的强度越高，则对表面光洁度越敏感。

加载经历的影响

实际上没有任何零件是在绝对恒定的应力幅条件下工作，材料实际工作中的超载和次载都会对材料的疲劳极限产生影响，试验表明，材料普遍存在着超载损伤和次载锻炼现象。

所谓超载损伤是指材料在高于疲劳极限的载荷下运行达到一定周次后，将造成材料疲劳极限的下降。超载越高，造成损伤所需的周次越短，如图1所示。

图1 过载损伤届

事实上，在一定条件下，少量次数的超载不仅不会对材料造成损伤，由于形变强化、裂纹尖端钝化以及残余压应力的作用，还会对材料造成强化，从而提高材料的疲劳极限。因此，应对超载损伤的概念进行一些补充和修正。

所谓次载锻炼是指材料在低于疲劳极限但高于某一限值的应力水平下运行一定周次后，造成材料疲劳极限升高的现象。

次载锻炼的效果和材料本身的性能有关，塑性好的材料，一般来说锻炼周期要长些，锻炼应力要高些方能见效。

化学成分的影响

材料的疲劳强度与抗拉强度在一定条件下存在着较密切的关系，因此，在一定条件下凡能提高抗拉强度的合金元素，均可提高材料的疲劳强度。比较而言，碳是影响材料强度的最主要因素。而一些在钢中形成夹杂物的杂质元素则对疲劳强度产生不利影响。

热处理和显微组织的影响

不同的热处理状态会得到不同的显微组织，因此，热处理对疲劳强度的影响，实质上就是显微组织的影响。同一成份的材料，由于热处理不同，虽然可以得到相同的静强度，但由于组织的不同，疲劳强度可在相当大的范围内变化。

在相同的强度水平时，片状珠光体的疲劳强度明显要低于粒状珠光体。同是粒状珠光体，其渗碳体颗粒越细小，则疲劳强度越高。

显微组织对材料疲劳性能的影响，除了和各种组织本身的机械性能特性有关外，还和晶粒度以及复合组织中组织的分布特征有关。细化晶粒可提高材料的疲劳强度。

夹杂物的影响

夹杂物本身或由它而产生的孔洞相当于微小缺口，在交变载荷作用下将产生应力集中和应变集中，成为疲劳断裂的裂纹源，对材料的疲劳性能造成不良影响。夹杂物对疲劳强度的影响不仅取决于夹杂物的种类、性质、形状、大小、数量和分布，而且还取决于材料的强度水平以及外加应力水平及状态等因素。

不同类型的夹杂物其机械和物理性能不同，和母材性能之间的差异不同，对疲劳性能的影响也不同。一般说来，易变形的塑性夹杂物（如硫化物）对钢的疲劳性能影响较小，而脆性夹杂物（如氧化物、硅酸盐等）则有较大的危害。

比基体膨胀系数大的夹杂物（如硫化物）因在基体中产生压应力而影响小，而比基体膨胀系数小的夹杂物（如氧化铝等）因在基体中产生拉应力而影响大。

夹杂物与母材结合的紧密程度也会影响疲劳强度。硫化物易于变形，和母材结合紧密，而氧化物易于脱离母材，造成应力集中。由此可知，从夹杂物的类型来说，硫化物的影响较小，而氧化物、氮化物和硅酸盐等则是危害较大的。

不同加载条件下，夹杂物对材料疲劳性能的影响也不同，在高载条件下，无论有没有夹杂物的存在，外加载荷均足以使

材料产生塑性流变，夹杂物的影响较小，而在材料的疲劳极限应力范围，夹杂物的存在造成局部应变集中成为塑性变形的控制因素，从而强烈地影响材料的疲劳强度。也就是说，夹杂物的存在主要是影响材料的疲劳极限，对高应力条件下的疲劳强度影响不明显。

材料的纯净度是由熔炼工艺过程决定的，因此，采用净化冶炼方法（如真空熔炼、真空除气和电渣重熔等）均可有效降低钢中的杂质含量，改善材料的疲劳性能。

表面性能变化及残余应力的影响

表面状态的影响除前已提及的表面光洁度外，还包括表层机械性能的变化及残余应力对疲劳强度的影响。表层机械性能的变化可以是表层化学成分和组织不同所引起，也可以是表层因形变强化而引起。

渗碳、氮化和碳氮共渗等表面热处理除了可以增加零件的耐磨性之外，还是提高零件疲劳强度，特别是提高耐腐蚀疲劳和咬蚀的一种有效手段。

表面化学热处理对疲劳强度的影响主要取决于加载方式、渗层中的碳氮浓度、表面硬度及梯度、表面硬度与心部硬度之比、层深以及表面处理所形成的残余压应力的大小和分布等因素。大量试验表明，只要是先加工缺口后经化学热处理，则一般说来缺口越尖锐，疲劳强度的提高也越多。

不同的加载方式下，表面处理对疲劳性能的影响也不同。轴向加载时，由于不存在应力沿层深分布不均的现象，表层和层下的应力相同。在这种情况下，表面处理只能改善表面层的疲劳性能，由于心部材料未得到强化，因而疲劳强度的提高有限。在弯曲和扭转条件下，应力的分布集中于表层，表面处理形成的残余应力和这种外加应力叠加，使表面实际承受的应力降低，同时，由于表层材料的强化，因而能有效地提高弯曲和扭转条件下的疲劳强度。

和渗碳、氮化以及碳氮共渗等化学热处理相反，如果零件在热处理过程中脱碳，使表层的强度降低，则会使材料的疲劳强度大幅度降低。同样，表面镀层（如镀Cr、Ni等）由于镀层中的裂纹造成的缺口效应、镀层在基体金属中引起的残余拉应力以及电镀过程中氢气的浸入导到氢脆等原因，使疲劳强度降低。

采用感应淬火、表面火焰淬火以及低淬透性钢的薄壳淬火，均可获得一定深度的表面硬度化层，并在表层形成有利的残余压应力，因而也是提高零件疲劳强度的有效方法。

表面滚压和喷丸等处理，由于能在试样表面形成一定深度的形变硬化层，同时使表面产生残余压应力，因而也是提高疲劳强度的有效途径。

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案例分析

案例上海市高级人民法院审理的"中国技术进出口总公司诉瑞士工业资源公司"案 原告中国技术进出口总公司（以下简称中技公司）受浙江省温州市金属材料公司的委托，于1984年12月28日与美国旭日公司签订了一份购买9000吨钢材的合同。之后，旭日公司因无力履约，请求中技公司同意将卖方变更为瑞士工业资源公司（以下简称瑞士资源公司）。瑞士资源公司于1985年3月14日向中技公司发出电传："货物已在装船港备妥待运"，"装船日期为1985年3月31日"，并要求中技公司"将信用证开给挪威信贷银行（在卢森堡），以瑞士工业资源公司为受益人"。同年3月26日，瑞士资源公司又向原告发出电传："所供钢材可能由我们的意大利生产厂或西班牙生产厂交货"，并告知了钢材的价格、交货日期等。1985年4月1日，瑞士资源公司的法定代表人考赫授权旭日开发公司董事长孙道隆，由其代表瑞士资源公司与中技公司在原合同的基础上签订了《合同修改协议书》，约定将钢材的数量由原定的9000吨增至9180吨，价款为229.5万美元不变，瑞士资源公司应在接到信用证后两周内装船待运。 1985年4月19日，中技公司通知中国银行上海分行开出了以瑞士资源公司为受益人、金额为229.5万美元的不可撤销的信用证。信用证载明：钢材"从意大利拉斯佩扎装运至温州，最迟期限为1985年5月5日，不允许分批装运，不允许转船运输"，"受益人必须保证所发的每件货物都与合同中的约定完全一致。"随后，瑞士资源公司将全套单据通过银行提交中技公司。提单签发日期为1985年5月4日，载明装运人为瑞士资源公司，并由其在提单上背书。由瑞士资源公司开具的销货发票载明，钢材数量为9161吨，货款为2290250美元。同年6月1日，中国银行上海分行将上述货款汇付瑞士资源公司。此后，原告因未收到上述钢材，从1985年7月起连续十余次以电传、函件向瑞士资源公司催询和交涉。但瑞士资源公司拒不答复，或以种种托词进行搪塞。经原告一再催促，瑞士资源公司才于9月5日回电称："中国港口拥挤，船舶将改变航线"，"最迟抵达日期预计为1985年10月20日。"届时，原告仍未收到钢材，遂去电指责被告（瑞士资源公司）的欺诈行为，并声言要"将此事公诸于众"。被告于同年10月30日致电原告，全盘推卸自己作为合同卖方和货款受益人的责任。为此，原告遂于1986年3月24日向上海市中级人民法院提起诉讼，要求被告返还货款2290252美元，赔偿银行货款利息951032.66美元，经营损失2048033.16美元，其他费用（包括律师费、调查费、佣金费等）301928.39美元，合计5591244.21美元，并申请诉讼保全。 上海市中级人民法院受理案件后，准许了原告的诉讼保全措施，裁定冻结被告在中国银行上海分行的托收货款4408249美元，查封了上述托收项下的全套单据。后经审理查明，被告在意大利和西班牙既无钢厂，也无钢材；其向原告提交的意大利卡里奥托钢厂的钢材质量检验证书、重量证书和装箱单均系伪造的。以被告以托运人并经其背书的提单上载明的装运船"阿基罗拉"号，于1985年内并未在该提单所载明的装运港意大利拉斯佩扎停泊过，从而证明被告并未将钢材托运装船，所提交的提单也是伪造的。被告在答复原告催问的电函中所称"中国港口拥挤"和"船舶将改变航线"的情况也纯属虚构。因此，上海市中级人民法院依法作出判决：瑞士资源公司应偿还中技公司钢材货款2290250美元；并赔偿钢材货款的银行货款利息873784.58美元，经营损失1943588.25美元，国外公证和认证费、国内律师费29045.77美元，共计5136668.6美元。诉讼费13311美元，原告承担1082.18美元，被告承担12228.82美元。 瑞士资源公司不服一审判决，向上海市高级人民法院上诉称：双方签订的购销钢材合同中有仲裁条款，原审法院对本案无管辖权；原审法院裁定准许诉讼保全，冻结上诉人与本案无关的货款不当；上诉人被诉有欺诈行为并无事实依据；被上诉人在不同的法院对上诉人提出重复的诉讼不当；根据《中华人民共和国涉外经济合同法》的规定，禁止间接损失，

影响金属材料疲劳强度的八大因素

影响金属材料疲劳强度的八大因素 Via 常州精密钢管博客 影响金属材料疲劳强度的八大因素 材料的疲劳强度对各种外在因素和内在因素都极为敏感。外在因素包括零件的形状和尺寸、表面光洁度及使用条件等，内在因素包括材料本身的成分，组织状态、纯净度和残余应力等。这些因素的细微变化，均会造成材料疲劳性能的波动甚至大幅度变化。 各种因素对疲劳强度的影响是疲劳研究的重要方面，这种研究将为零件合理的结构设计、以及正确选择材料和合理制订各种冷热加工工艺提供依据，以保证零件具有高的疲劳性能。 应力集中的影响 常规所讲的疲劳强度，都是用精心加工的光滑试样测得的，然而，实际机械零件都不可避免地存在着不同形式的缺口，如台阶、键槽、螺纹和油孔等。这些缺口的存在造成应力集中，使缺口根部的最大实际应力远大于零件所承受的名义应力，零件的疲劳破坏往往从这里开始。 理论应力集中系数Kt ：在理想的弹性条件下，由弹性理论求得的，缺口根部的最大实际应力与名义应力的比值。 有效应力集中系数（或疲劳应力集中系数）Kf：光滑试样的疲劳极限σ-1与缺口试样疲劳极限σ-1n的比值。 有效应力集中系数不仅受构件尺寸和形状的影响，而且受材料的物理性质、加工、热处理等多种因素的影响。 有效应力集中系数随着缺口尖锐程度的增加而增加，但通常小于理论应力集中系数。 疲劳缺口敏感度系数q：疲劳缺口敏感度系数表示材料对疲劳缺口的敏感程度，由下式计算。 q的数据范围是0-1，q值越小，表征材料对缺口越不敏感。试验表明，q并非纯粹是材料常数，它仍然和缺口尺寸有关，只有当缺口半径大于一定值后，q值才基本与缺口无关，而且对于不同材料或处理状态，此半径值也不同。 尺寸因素的影响

齿轮疲劳点蚀的特征及案例分析

齿轮疲劳点蚀的特征及相应案例分析 1 疲劳点蚀的定义及特征 点蚀又称接触疲劳磨损，是润滑良好的闭式传动的常见失效形式之一。齿轮在啮合过程中，相互接触的齿面受到周期性变化的接触应力的作用。若齿面接触应力超出材料的接触疲劳极限时，在载荷的多次重复作用下，齿面会产生细微的疲劳裂纹；封闭在裂纹中的润滑油的挤压作用使裂纹扩大，最后导致表层小片状剥落而形成麻点，这种疲劳磨损现象，齿轮传动中称为点蚀。节线靠近齿根的部位最先产生点蚀。润滑油的粘度对点蚀的扩展影响很大，点蚀将影响传动的平稳性并产生冲击、振动和噪音，引起传动失效。 点蚀又分为收敛性点蚀和扩展性点蚀。收敛性点蚀指新齿轮在短期工作后出现点蚀痕迹，继续工作后不再发展或反而消失的点蚀现象。收敛性点蚀只发生在软齿面上，一般对齿轮工作影响不大。扩展性点蚀指随着工作时间的延长而继续扩展的点蚀现象，常在软齿面轮齿经跑合后，接触应力高于接触疲劳极限时发生。硬齿面齿轮由于材料的脆性，凹坑边缘不易被碾平，而是继续碎裂成为大凹坑，所以只发生扩展性点蚀。严重的扩展性点蚀能使齿轮在很短的时间内报废[1]。 2 疲劳点蚀的实例 某重型车辆侧减速器主动齿轮发生了早期失效，失效齿轮与行星转向机相连，将全车动力传递到行动部分，是全车受载最大的齿轮，始终在大载荷、高转速、多冲击的复杂苛刻环境下工作。齿设计上采用整编为齿轮，传动比为5.9，润滑方式为油池飞溅润滑。实效齿轮材料为18Cr2Ni4W A钢。采用渗碳+淬火+低温回火热处理工艺。 失效齿轮发生严重的接触疲劳失效，使用寿命未达到规定时间。采用断口分析、金相分析、硬度测试及有限元接触应力分析等方法对齿轮进行失效分析，查找该齿轮实效的原因（由于篇幅有限以及结合自身知识面，仅列举出端口分析和金相分析两项结果）。 2.1 断口分析 通过对失效齿轮宏观观察发现．在啮合受力齿面的节线附近靠近齿根一侧，沿齿宽方向分布许多

影响零件疲劳强度的主要因素有

影响零件疲劳强度的主要 因素有 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020

1.影响零件疲劳强度的主要因素有：应力集中、尺寸大小、表面加工质量。 2.静连接与动连接的强度计算区别：压溃（工作面上挤压应力强度校核）、过度磨损（工作面上压力强度校核） 3.标准蜗杆传动中，蜗杆直径系数q与刚度的关系： d=mq(模数*系数) 4．螺纹连接防松：一旦松动，轻者影响机器的正常运转，重者造成严重事故。常用防松措施：摩擦防松、机械防松、破坏螺旋副运动关系。5.紧螺栓连接中，螺栓刚度对 应力辐的影响：降低螺栓刚度 或增加被连接件刚度可减小应 力辐。 6.双键连接时，切向键两者夹 角120－130度，平键180 度。 7不完全液体润滑径向滑动轴 承，要进行验算轴承的平均压 力p、轴承的pv值、滑动速度 v条件性计算。液体润滑径向 滑动轴承。 8蜗杆传动中，蜗杆头数与传 动效率及自锁性关系：头数越 多，传动效率越高，自锁性越 不好。 9.带传动中其他参数不变，只 有小轮有两种速度，当传递功 率不变时应按低速设计该带传 动。按低速的，当功率不变 时，速度低的受力大，按力大 的选择带传动，保证带的强 度。 10.链传动中，为什么链条磨 损后更容易从大链轮上脱落： 磨损后节距变长，滚子沿大链 轮外移，大链轮容易发生掉链 爬高现象。设计时减少大链轮 齿数，减少滚子沿大链轮的外 移量。 11.一双齿轮传动中，1.5倍。 12.在机械设计和使用机器时 应遵从力求缩短磨合期、延长 稳定磨损期、推迟剧烈磨损的 到来。 13.一对啮合的标准圆柱齿轮 传动，若齿轮齿数分别为z1 小于z2,这对齿轮的弯曲应力 1大于2. 14.普通紧螺栓连接受横向载 荷作用，螺栓中受拉伸应力作 用。 15.带传动有效拉力与预紧 力、包角、摩擦系数的关系： 正比关系。最小初拉力直接决 定临界摩擦力的大小，增加摩 擦系数和带轮的包角有利于增 大临界摩擦力，相应地降低最 小初拉力。 16单向规律性不稳定变应力的 疲劳强度计算依据：疲劳损伤 累积假说。 17.为什么小链轮齿数不能选 得过少、大链轮齿数不得过 多：齿数过少增加运动的不均 匀性和动载荷，链条在进入和 退出啮合时链接之间的相对转 角增大，链传动的圆周力增 大，从整体上加速铰链和链轮 的磨损。过大增大了传动的整 体尺寸、还容易发生跳链和脱 链的现象，从而影响链条使用 寿命。 18.带传动发生打滑的原因： 如果工作载荷增大，超过带传 动的有效拉力达到最大（临 界）值，则带与带轮间就将发 生显着的相对滑动。由于带在 大轮上的包角总是大于在小轮 上包角，所以打滑总是首先在 小带轮上发生。 1.影响零件疲劳强度的主要因素有：应力集中、尺寸大小、表面加工质量。 2.静连接与动连接的强度计算区别：压溃（工作面上挤压应力强度校核）、过度磨损（工作面上压力强度校核） 3.标准蜗杆传动中，蜗杆直径系数q与刚度的关系：d=mq(模数*系数) 4．螺纹连接防松：一旦松动，轻者影响机器的正常运转，重者造成严重事故。常用防松措施：摩擦防松、机械防松、破坏螺旋副运动关系。 5.紧螺栓连接中，螺栓刚度对应力辐的影响：降低螺栓刚度或增加被连接件刚度可减小应力辐。 6.双键连接时，切向键两者夹角120－130度，平键180度。 7不完全液体润滑径向滑动轴承，要进行验算轴承的平均压力p、轴承的pv值、滑动速度v条件性计算。液体润滑径向滑动轴承。 8蜗杆传动中，蜗杆头数与传动效率及自锁性关系：头数越多，传动效率越高，自锁性越不好。 9.带传动中其他参数不变，只有小轮有两种速度，当传递功率不变时应按低速设计该带传动。按低速的，当功率不变时，速度低的受力大，按力大的选择带传动，保证带的强度。 10.链传动中，为什么链条磨损后更容易从大链轮上脱落：磨损后节距变长，滚子沿大链轮外移，大链轮容易发生掉链爬高现象。设计时减少大链轮齿数，减少滚子沿大链轮的外移量。 11.一双齿轮传动中，1.5倍。 12.在机械设计和使用机器时应遵从力求缩短磨合期、延长稳定磨损期、推迟剧烈磨损的到来。 13.一对啮合的标准圆柱齿轮传动，若齿轮齿数分别为z1小于z2,这对齿轮的弯曲应力1大于2. 14.普通紧螺栓连接受横向载荷作用，螺栓中受拉伸应力作用。 15.带传动有效拉力与预紧力、包角、摩擦系数的关系：正比关系。最小初拉力直接决定临界摩擦力的大小，增加摩擦系数和带轮的包角有利于增大临界摩擦力，相应地降低最小初拉力。 16单向规律性不稳定变应力的疲劳强度计算依据：疲劳损伤累积假说。 17.为什么小链轮齿数不能选得过少、大链轮齿数不得过多：齿数过少增加运动的不均匀性和动载荷，链条在进入和退出啮合时链接之间的相对转角增大，链传动的圆周力增大，从整体上加速铰链和链轮的磨损。过大增大了传动的整体尺寸、还容易发生跳链和脱链的现象，从而影响链条使用寿命。 18.带传动发生打滑的原因：如果工作载荷增大，超过带传动的有效拉力达到最大（临界）值，则带与带轮间就将发生显着的相对滑动。由于带在大轮上的包角总是大于在小轮上包角，所以打滑总是首先在小带轮上发生。 1.影响零件疲劳强度的主要因素有：应力集中、尺寸大小、表面加工质量。 2.静连接与动连接的强度计算区别：压溃（工作面上挤压应力强度校核）、过度磨损（工作面上压力强度校核） 3.标准蜗杆传动中，蜗杆直径系数q与刚度的关系：d=mq(模数*系数) 4．螺纹连接防松：一旦松动，轻者影响机器的正常运转，重者造成严重事故。常用防松措施：摩擦防松、机械防松、破坏螺旋副运动关系。 5.紧螺栓连接中，螺栓刚度对应力辐的影响：降低螺栓刚度或增加被连接件刚度可减小应力辐。 6.双键连接时，切向键两者夹角120－130度，平键180度。 7不完全液体润滑径向滑动轴承，要进行验算轴承的平均压力p、轴承的pv值、滑动速度v条件性计算。液体润滑径向滑动轴承。 8蜗杆传动中，蜗杆头数与传动效率及自锁性关系：头数越多，传动效率越高，自锁性越不好。 9.带传动中其他参数不变，只有小轮有两种速度，当传递功率不变时应按低速设计该带传动。按低速的，当功率不变时，速度低的受力大，按力大的选择带传动，保证带的强度。 10.链传动中，为什么链条磨损后更容易从大链轮上脱落：磨损后节距变长，滚子沿大链轮外移，大链轮容易发生掉链爬高现象。设计时减少大链轮齿数，减少滚子沿大链轮的外移量。 11.一双齿轮传动中，1.5倍。 12.在机械设计和使用机器时应遵从力求缩短磨合期、延长稳定磨损期、推迟剧烈磨损的到来。 13.一对啮合的标准圆柱齿轮传动，若齿轮齿数分别为z1小于z2,这对齿轮的弯曲应力1大于2. 14.普通紧螺栓连接受横向载荷作用，螺栓中受拉伸应力作用。 15.带传动有效拉力与预紧力、包角、摩擦系数的关系：正比关系。最小初拉力直接决定临界摩擦力的大小，增加摩擦系数和带轮的包角有利于增大临界摩擦力，相应地降低最小初拉力。 16单向规律性不稳定变应力的疲劳强度计算依据：疲劳损伤累积假说。 17.为什么小链轮齿数不能选得过少、大链轮齿数不得过多：齿数过少增加运动的不均匀性和动载荷，链条在进入和退出啮合时链接之间的相对转角增大，链传动的圆周力增大，从整体上加速铰链和链轮的磨损。过大增大了传动的整体尺寸、还容易发生跳链和脱链的现象，从而影响链条使用寿命。 18.带传动发生打滑的原因：如果工作载荷增大，超过带传动的有效拉力达到最大（临界）值，则带与带轮间就将发生显着的相对滑动。由于带在大轮上的包角总是大于在小轮上包角，所以打滑总是首先在小带轮上发生。

影响金属材料疲劳强度的八大因素和预防措施

影响金属材料疲劳强度的八大因素和预防措施 材料的疲劳强度对各种外在因素和内在因素都极为敏感，外在因素包括零件的形状和尺寸、表面光洁度及使用条件等，内在因素包括材料本身的成分、组织状态、纯净度和残余应力等。 这些因素的细微变化，均会造成材料疲劳性能的波动甚至大幅度变化。 01、应力集中的影响 常规所讲的疲劳强度，都是用精心加工的光滑试样测得的，实际机械零件都不可避免地存在着不同形式的缺口，如台阶、键槽、螺纹和油孔等。 这些缺口的存在造成应力集中，使缺口根部的最大实际应力远大于零件所承受的名义应力，零件的疲劳破坏往往从这里开始。 理论应力集中系数Kt ： 在理想的弹性条件下，由弹性理论求得的，缺口根部的最大实际应力与名义应力的比值。 有效应力集中系数（或疲劳应力集中系数）Kf： 光滑试样的疲劳极限σ-1与缺口试样疲劳极限σ-1n的比值。 有效应力集中系数不仅受构件尺寸和形状的影响，而且受材料的物理性质、加工、热处理等多种因素的影响。 有效应力集中系数随着缺口尖锐程度的增加而增加，但通常小于理论应力集中系数。

疲劳缺口敏感度系数q： 疲劳缺口敏感度系数表示材料对疲劳缺口的敏感程度，由下式计算： q的数据范围是0~1，q值越小，表征材料对缺口越不敏感。 试验表明，q并非纯粹是材料常数，它仍然和缺口尺寸有关，只有当缺口半径大于一定值后，q值才基本与缺口无关，而且对于不同材料或处理状态，此半径值也不同。 02、尺寸因素的影响 由于材料本身组织的不均匀性以及内部缺陷的存在，尺寸增加造成材料破坏概率的增加，从而降低材料的疲劳极限。 尺寸效应的存在，是把试验室小试样测得的疲劳数据运用于大尺寸实际零件中的一个重要问题，由于不可能把实际尺寸的零件上存在的应力集中、应力梯度等完全相似地在小试样上再现出来，从而造成试验室结果与某些具体零件疲劳破坏之间的互相脱节。 03、表面加工状态的影响 机加工的表面总存在着高低不平的加工痕迹，这些痕迹就相

影响金属材料疲劳强度大小的因素.

影响金属材料疲劳强度大小的因素 由于疲劳断裂通常是从机件最薄弱的部位或外部缺陷所造成的应力集中处发生, 因此疲劳断裂对许多因素很敏感,例如,循环应力特性、环境介质、温度、机件表面状态、内部组织缺陷等,这些因素导致疲劳裂纹的产生或速裂纹扩展而降低疲劳寿命。 为了提高机件的疲劳抗力, 防止疲劳断裂事故的发生, 在进行机械零件设计和加工时, 应选择合理的结构形状, 防止表面损伤, 避免应力集中。由于金属表面是疲劳裂纹易于产生的地方,而实际零件大部分都承受交变弯曲或交变扭转载荷, 表面处应力最大。因此, 表面强化处理就成为提高疲劳极限的有效途径。 由于工程实际的要求, 对疲劳的研究工作已逐渐从正常条件下的疲劳问题扩展到特殊条件下的疲劳问题,如腐蚀疲劳、接触疲劳、高温疲劳、热疲劳、微动磨损疲劳等。对这些疲劳及其测试技术还在广泛进行研究,并已逐步标准化 镀锌钢板的质量检验标准 优质品级镀锌板的质量要求包括规格尺寸、外观、镀锌量、化学成份、板形、机械性能和包装等几个方面。 1.包装 分为切成定尺长度的镀锌板和带卷镀锌板包装两种。一般铁皮包装, 内衬防潮纸, 外以铁腰子捆扎,捆扎牢靠,以防内装镀锌板相互摩擦 2.规格尺寸 有关产品标准 (以下述及都列明镀锌板推荐的标准厚度、长度和宽度及其允 许偏差。另外, 板的宽度和长度、卷的宽度也可按用户要求确定。 3.外观

表面状态:镀锌板由于涂镀工艺中处理方式不同,表面状态也不同,如普通锌花、细锌花、平整锌花、无锌花以及磷化处理的表面等。切成定尺长度的镀锌板及镀锌卷板不得存在影响使用的缺陷(以下详述 ,但卷板允许有焊接部位等若干不正常部分。 4.镀锌量 镀锌量标准值:镀锌量是表示镀锌板锌层厚度的一个普遍采用的有效方法。有两面镀锌量相同(即等厚镀锌和两面镀锌量不同(即差厚镀锌两种。镀锌量的单位为g/m2。 5.机械性能 (1抗拉试验:一般说来,只有结构用、拉伸用和深拉伸用镀锌板有抗拉性能要求。 (2弯曲试验:是衡量薄板工艺性能的主要项目。但各国标准对各种镀锌板的要求并不一致。一般要求镀锌板弯曲 180o 后, 外侧表面不得有锌层脱离, 板基不得有龟裂及断裂。 6.化学成份 对镀锌基板的化学成份的要求, 各国标准规定不同。如日本就不要求, 美国则要求。一般不作成品检验。 7.板形 衡量板形好坏有两个指标, 即平直度和镰刀弯。板的平直度和镰刀弯的最大允许值标准有一定规定。 下面列出有关镀锌板的国外主要标准,以作参考 [4, 5]: JIS G3302 镀锌钢板 JIS G3313 电镀锌钢板及钢带 ASTM A525 热浸镀锌薄钢板的一般要求

常用的金属材料疲劳极限试验方法

常用的金属材料疲劳极限试验方法 疲劳试验可以预测材料或构件在交变载荷作用下的疲劳强度，一般该类试验周期较长，所需设备比较复杂，但是由于一般的力学试验如静力拉伸、硬度和冲击试验，都不能够提供材料在反复交变载荷作用下的性能，因此对于重要的零构件进行疲劳试验是必须的。 MTS 810 金属材料疲劳试验的一些常用试验方法通常包括单点疲劳试验法、升降法、高频振动试验法、超声疲劳试验法、红外热像技术疲劳试验方法等。 单点疲劳试验法

适用于金属材料构件在室温、高温或腐蚀空气中旋转弯曲载荷条件下服役的情况。该种方法在试样数量受限制的情况下，可近似测定疲劳曲线并粗略估计疲劳极限。试验所需的疲劳试验机一般为弯曲疲劳试验机和拉压试验机。 升降法疲劳试验 升降法疲劳试验是获得金属材料或结构疲劳极限的一种比较常用而又精确的方法，在常规疲劳试验方法测定疲劳强度的基础上或在指定寿命的材料或结构的疲劳强度无法通过试验直接测定的情况下，一般采用升降法疲劳试验间接测定疲劳强度。 主要用于测定中、长寿命区材料或结构疲劳强度的随机特性。所需试验机一般为拉压疲劳试验机。 高频振动疲劳试验法 常规疲劳试验中交变载荷的频率一般低于200Hz，无法精确测得一些零件在高频环境状态下的疲劳损伤。高频振动试验利用试验器材产生含有循环载荷频率为1000Hz左右特性的交变惯性力作用于疲劳试样上，可以满足在高频、低幅、高循环环境条件下服役金属材料的疲劳性能研究。

高频振动试验主要用于军民机械工程的需要。试验装置通常包括：控制仪、电荷适配器、功率放大器、加速度计、振动台等。 超声法疲劳试验 超声法疲劳试验是一种加速共振式的疲劳试验方法，其测试频率（20kHz）远远超过常规疲劳测试频率（小于200Hz）。超声疲劳试验可以在不同载荷特征、不同环境和温度等条件下进行，为疲劳研究提供了一个很好的手段。嘉峪检测网提醒超声疲劳试验一般用于超高周疲劳试验，主要针对10^9以上周次疲劳试验。高周疲劳时，材料宏观上主要表现为弹性的，所以在损伤本构关系中采用应力、应变等参量的弹性关系处理，而不涉及微塑性。 红外热像技术疲劳试验方法 为缩短试验时间、减少试验成本，能量方法成为疲劳试验研究的重要方法之一。金属材料的疲劳是一个耗散能量的过程，而温度变化则是研究疲劳过程能量耗散极为重要的参量。 红外热像技术是一种波长转换技术，即将目标的热辐射转换为可见光的技术，利用目标自身各部分热辐射的差异获取二维可视图像，用计

影响疲劳寿命的因素

影响橡胶疲劳寿命的因素 一环境条件 环境影响在疲劳过程中特别是在长寿命的橡胶材料中起着关键作用。橡胶应力-应变关系和疲劳老化性能发展的方式在很大程度上依赖于材料的温度以及橡胶成分周围化学反应物的存在和浓度 A温度 升高的温度对橡胶形核寿命和疲劳裂纹增长速率产生有害的影响，这种有害影响在无定形橡胶中表现的最为明显，对于纯的丁苯橡胶处于可控测试中，随着温度从0°到100°，疲劳寿命化降低10000倍，而对于纯的天然胶而言，在相同条件下，疲劳寿命降低4倍。填料的加入可能降低对温度的依赖性。在疲劳裂纹增长测试中类似的影响可能被观察到。 上述温度的影响与由于老化或进一步教交联所发生的化学变化无关。温度对这些化学过程的速率产生很大的影响这种影响能够在升温或长时间内导致附加分解。温度实际对长期行为地影响程度取决于配方设计；固化剂，抗氧化剂等这些因素以后讨论。 B臭氧 在一个长期的疲劳测试中，有臭氧存在很大程度上会增大裂纹的增长速率和缩短寿命。由于应力集中，弹性体网链在裂纹尖端很容易与臭氧反应，臭氧与主要聚合物分子链的碳-碳双键发生反应引起断链。 当瞬间的能量释放速率超过一个小的起点，就会发生由于臭氧袭击而引起的裂纹增长，这个起点由Gz表示，Gz通常比机械疲劳起点T更小，Gz的值恨得程度上取决于配方设计，特别是抗氧化剂和抗臭氧剂存在。对于没有加入任何这些物质的橡胶来说，Gz = 0.1J/m2，当有抗臭氧剂存在时，Gz会增大10倍或更多，相比较而言，机械疲劳起点大约为T = 50 J/m2，臭氧看起来不影响机械疲劳起点的值，其他化学物质能够以一种类似臭氧的方式侵袭橡胶。Gent和Mrath 研究了在一个很大的范围内温度对臭氧增长速的影响。两个物理量被发现可以控制列为裂纹增长率da/dt，在玻璃化转变温度附近裂纹增长速率是与v温度成比例的，而与臭氧无关。在足够高的温度下（Q-Tg >100°），裂纹增长速率完全依赖于臭氧浓度而与温度无关。总的裂纹增长速率由下列方程式近似的给出

第三章影响疲劳强度的因素.

第三章形响疲劳强度的因素 M料的5?N曲找和報時W限.WffeKMK准）t消试柑W披埒性能- 而实际母件的尺寸、形状利衣Si倘况是各天各样的.勺标准试桦有鞭大雄别. 砂响机械歩件楝劳强哎的WS存la*,只屮七SW猱参丸下衣. ￡Tr*rF工作温度、工作坏境 ?.待*评应力状态、循环特征、《?效蛊、裁衙交变频率 ?丹■几河彤秋尺寸效应.統口效应 xn-AvruA.袤面光洁度.袤面防AtSb表面强化 材料本■化学成分，金《ffl织，秆《方向.内部缺陷 3J应力集中的影响 在机W琴件中-曲于结构上的《^求-不叩e兔地％花槽河.轴肩.孔.拐你 W口等不连续部分致枝栈面尿默发生灾变，由F零件戒构件几何彤状的不违续而 -JlfeJltXM力大得毛的WffW力的現象称为’?瞰力集＞ 应力集中对銭芳《腹的影响兀.并H足各种影响W*中 忌上耍作出的W洽?它大大酵低了寧ft的披劳《度。 应力集中降低銭劳僅找的作用町以用载劳缺□集数耒杭征.

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影响弹簧疲劳强度的六个因素

本文摘自再生资源回收-变宝网（https://www.wendangku.net/doc/1d4218972.html,）影响弹簧疲劳强度的六个因素 弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件。用弹性材料制成的零件在外力作用下发生形变，除去外力后又恢复原状。亦作“弹簧”。一般用弹簧钢制成。弹簧的种类复杂多样，按形状分，主要有螺旋弹簧、涡卷弹簧、板弹簧、异型弹簧等。 1、屈服强度材料的屈服强度和疲劳极限之间有一定的关系，一般来说，材料的屈 服强度越高，疲劳强度也越高，因此，为了提高弹簧的疲劳强度应设法提高弹簧材料的屈服强度，或采用屈服强度和抗拉强度比值高的材料。对同一材料来说，细晶粒组织比粗细晶粒组织具有更高的屈服强度。 2、表面状态最大应力多发生在弹簧材料的表层，所以弹簧的表面质量对疲劳强度 的影响很大。弹簧材料在轧制、拉拔和卷制过程中造成的裂纹、疵点和伤痕等缺陷往往是造成弹簧疲劳断裂的原因。 材料表面粗糙度愈小，应力集中愈小，疲劳强度也愈高。材料表面粗糙度对疲劳极限的影响。随着表面粗糙度的增加，疲劳极限下降。在同一粗糙度的情况下，不同的钢种及不同的卷制方法其疲劳极限降低程度也不同，如冷卷弹簧降低程度就比热卷弹簧小。因为钢制热卷弹簧及其热处理加热时，由于氧化使弹簧材料表面变粗糙和产生脱碳现象，这样就降低了弹簧的疲劳强度。 对材料表面进行磨削、强压、抛丸和滚压等。都可以提高弹簧的疲劳强度。 3、尺寸效应材料的尺寸愈大，由于各种冷加工和热加工工艺所造成的缺陷可能性 愈高，产生表面缺陷的可能性也越大，这些原因都会导致疲劳性能下降。因此在计算弹簧的疲劳强度时要考虑尺寸效应的影响。

4、冶金缺陷冶金缺陷是指材料中的非金属夹杂物、气泡、元素的偏析，等等。存在于表面的夹杂物是应力集中源，会导致夹杂物与基体界面之间过早地产生疲劳裂纹。采用真空冶炼、真空浇注等措施，可以大大提高钢材的质量。 5、腐蚀介质弹簧在腐蚀介质中工作时，由于表面产生点蚀或表面晶界被腐蚀而成为疲劳源，在变应力作用下就会逐步扩展而导致断裂。例如在淡水中工作的弹簧钢，疲劳极限仅为空气中的10%~25%。腐蚀对弹簧疲劳强度的影响，不仅与弹簧受变载荷的作用次数有关，而且与工作寿命有关。所以设计计算受腐蚀影响的弹簧时，应将工作寿命考虑进去。 在腐蚀条件下工作的弹簧，为了保证其疲劳强度，可采用抗腐蚀性能高的材料，如不锈钢、非铁金属，或者表面加保护层，如镀层、氧化、喷塑、涂漆等。实践表明镀镉可以大大提高弹簧的疲劳极限。 6、温度碳钢的疲劳强度，从室温到120℃时下降，从120℃到350℃又上升，温度高于350℃以后又下降，在高温时没有疲劳极限。在高温条件下工作的弹簧，要考虑采用耐热钢。在低于室温的条件下，钢的疲劳极限有所增加。 本文摘自变宝网-废金属_废塑料_废纸_废品回收_再生资源B2B交易平台网站； 变宝网官网：https://www.wendangku.net/doc/1d4218972.html,/?qx 买卖废品废料，再生料就上变宝网，什么废料都有！

金属材料疲劳研究综述

金属材料疲劳研究综述 摘要：人会疲劳，金属也会疲劳吗？早在100多年前，人们就发现了金属也是会疲劳的，并且发现了金属疲劳带给人们各个方面的危害，所以研究金属材料的疲劳是非常有必要的。本文主要讲述了国内外关于金属疲劳的研究进展，概述了金属产生疲劳的原因及影响因素，以及金属材料疲劳的试验方法。 关键词：金属材料疲劳裂纹疲劳寿命 一．引言 金属疲劳的概念，最早是由J．V．Poncelet 于1830 年在巴黎大学讲演时采用的。当时，“疲劳”一词被用来描述在周期拉压加载下材料强度的衰退。引述美国试验与材料协会( ASTM) 在“疲劳试验及数据统计分析之有关术语的标准定义”( EZ06-72) 中所作的定义: 在某点或某些点承受挠动应力，且在足够多的循环挠动作用之后形成裂纹或完全断裂时，材料中所发生的局部永久结构变化的发展过程，称为“疲劳”。金属疲劳是指材料、零构件在循环应力或循环应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。在材料结构受到多次重复变化的载荷作用后，应力值虽然始终没有超过材料的强度极限，甚至比弹性极限还低的情况下就可能发生破坏，这种在交变载荷重复作用下材料和结构的破坏现象，就叫做金属的疲劳破坏。据统计金属材料失效80%是由于疲劳引起的，且表现为突然断裂，无论材料为韧性材料还是塑性材料都表现为突然断裂，危害极大，所以研究金属的疲劳是

非常有必要的。 由于金属材料的疲劳一般难以发现，因此常常造成突然的事故。早在100多年以前，人们就发现了金属疲劳给各个方面带来的损害。由于但是条件的限制，还不能查明疲劳破坏的原因。在第二次世界大战期间，美国的5000艘货船共发生1000多次破坏事故，有238艘完全报废，其中大部分要归咎于金属的疲劳。2002 年 5 月，华航一架波音747-200 型客机在由台湾中正机场飞往香港机场途中空中解体，19 名机组人员及206名乘客全部遇难。调查发现，飞机后部的金属疲劳裂纹造成机体在空中解体，是导致此次空难的根本原因。直到出现了电子显微镜之后，人类在揭开金属疲劳秘密的道路上不断取得了新的成果，才开发出一些发现和消除金属疲劳的手段。 二．金属疲劳的有关进展 1839年巴黎大学教授在讲课中首先使用了“金属疲劳”的概念。1850一1860年德国工程师提出了应力-寿命图和疲劳极限的概念。1870一1890年间，Gerber研究了平均应力对疲劳寿命的影响。Goodman提出了考虑平均应力影响的简单理论。1920年Griffith发表了关于脆性材料断裂的理论和试验结果。发现玻璃的强度取决于所包含的微裂纹长度，Griffith理论的出现标志着断裂力学的开端。1945年Miner用公式表达出线性积累损伤理论。五十年代，力学理论上对提出应力强度因子K的概念。六十年代，Manson—Coffin公式概括了塑性应变幅值和疲劳寿命之间的关系。Paris在1963年提出疲劳裂纹扩展速率da／dN和应力强度因子幅值?k之间的关系。1974年，美

影响弹簧疲劳强度的几个因素

影响弹簧疲劳强度的几个因素 阅读：2748人次更新时间：2011-5-23 9:09:19 1．屈服强度材料的屈服强度和疲劳极限之间有一定的关系，一般来说，材料的屈服强度越高，疲劳强度也越高，因此，为了提高弹簧的疲劳强度应设法提高弹簧材料的屈服强度，或采用屈服强度和抗拉强度比值高的材料。对同一材料来说，细晶粒组织比粗细晶粒组织具有更高的屈服强度。 2．表面状态最大应力多发生在弹簧材料的表层，所以弹簧的表面质量对疲劳强度的影响很大。弹簧材料在轧制、拉拔和卷制过程中造成的裂纹、疵点和伤痕等缺陷往往是造成弹簧疲劳断裂的原因。 材料表面粗糙度愈小，应力集中愈小，疲劳强度也愈高。材料表面粗糙度对疲劳极限的影响。随着表面粗糙度的增加，疲劳极限下降。在同一粗糙度的情况下，不同的钢种及不同的卷制方法其疲劳极限降低程度也不同，如冷卷弹簧降低程度就比热卷弹簧小。因为钢制热卷弹簧及其热处理加热时，由于氧化使弹簧材料表面变粗糙和产生脱碳现象，这样就降低了弹簧的疲劳强度。 对材料表面进行磨削、强压、抛丸和滚压等。都可以提高弹簧的疲劳强度。 3．尺寸效应材料的尺寸愈大，由于各种冷加工和热加工工艺所造成的缺陷可能性愈高，产生表面缺陷的可能性也越大，这些原因都会导致疲劳性能下降。因此在计算弹簧的疲劳强度时要考虑尺寸效应的影响。 4．冶金缺陷冶金缺陷是指材料中的非金属夹杂物、气泡、元素的偏析，等等。存在于表面的夹杂物是应力集中源，会导致夹杂物与基体界面之间过早地产生疲劳裂纹。采用真空冶炼、真空浇注等措施，可以大大提高钢材的质量。 5．腐蚀介质弹簧在腐蚀介质中工作时，由于表面产生点蚀或表面晶界被腐蚀而成为疲劳源，在变应力作用下就会逐步扩展而导致断裂。例如在淡水中工作的弹簧钢，疲劳极限仅为空气中的10%~25%。腐蚀对弹簧疲劳强度的影响，不仅与弹簧受变载荷的作用次数有关，而且与工作寿命有关。所以设计计算受腐蚀影响的弹簧时，应将工作寿命考虑进去。 在腐蚀条件下工作的弹簧，为了保证其疲劳强度，可采用抗腐蚀性能高的材料，如不锈钢、非铁金属，或者表面加保护层，如镀层、氧化、喷塑、涂漆等。实践表明镀镉可以大大提高弹簧的疲劳极限。 6．温度碳钢的疲劳强度，从室温到120℃时下降，从120℃到350℃又上升，温度高于350℃以后又下降，在高温时没有疲劳极限。在高温条件下工作的弹簧，要考虑采用耐热钢。在低于室温的条件下，钢的疲劳极限有所增加。 有关以上这些影响疲劳强度因素的具体数值，参看有关资料。 弹簧的强化工艺技术 阅读：2491人次更新时间：2011-5-23 9:07:26 （1）弹簧的热处理强化工艺技术 1）保护气氛热处理。在我国，线材小于 15mm的弹簧、油淬火回火钢丝及韧化处理钢的热处理都采用了保护气氛热处理。保护气氛热处理能够消除表面脱碳和氧化，提高材料的表面质量。

金属材料疲劳研究综述资料讲解

金属材料疲劳研究综 述

金属材料疲劳研究综述 摘要：人会疲劳，金属也会疲劳吗？早在100多年前，人们就发现了金属也是会疲劳的，并且发现了金属疲劳带给人们各个方面的危害，所以研究金属材料的疲劳是非常有必要的。本文主要讲述了国内外关于金属疲劳的研究进展，概述了金属产生疲劳的原因及影响因素，以及金属材料疲劳的试验方法。 关键词：金属材料疲劳裂纹疲劳寿命 一．引言 金属疲劳的概念，最早是由 J． V． Poncelet 于 1830 年在巴黎大学讲演时采用的。当时，“疲劳”一词被用来描述在周期拉压加载下材料强度的衰退。引述美国试验与材料协会( ASTM) 在“疲劳试验及数据统计分析之有关术语的标准定义”( EZ06-72) 中所作的定义: 在某点或某些点承受挠动应力，且在足够多的循环挠动作用之后形成裂纹或完全断裂时，材料中所发生的局部永久结构变化的发展过程，称为“疲劳”。金属疲劳是指材料、零构件在循环应力或循环应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。在材料结构受到多次重复变化的载荷作用后，应力值虽然始终没有超过材料的强度极限，甚至比弹性极限还低的情况下就可能发生破坏，这种在交变载荷重复作用下材料和结构的破坏现象，就叫做金属的疲劳破坏。据统计金属材料失效80%是由于疲劳引起的，且表现为突然断裂，无论材

料为韧性材料还是塑性材料都表现为突然断裂，危害极大，所以研究金属的疲劳是非常有必要的。 由于金属材料的疲劳一般难以发现，因此常常造成突然的事故。早在100多年以前，人们就发现了金属疲劳给各个方面带来的损害。由于但是条件的限制，还不能查明疲劳破坏的原因。在第二次世界大战期间，美国的5000艘货船共发生1000多次破坏事故，有238艘完全报废，其中大部分要归咎于金属的疲劳。2002 年 5 月，华航一架波音747-200 型客机在由台湾中正机场飞往香港机场途中空中解体，19 名机组人员及 206名乘客全部遇难。调查发现，飞机后部的金属疲劳裂纹造成机体在空中解体，是导致此次空难的根本原因。直到出现了电子显微镜之后，人类在揭开金属疲劳秘密的道路上不断取得了新的成果，才开发出一些发现和消除金属疲劳的手段。 二．金属疲劳的有关进展 1839年巴黎大学教授在讲课中首先使用了“金属疲劳”的概念。1850一1860年德国工程师提出了应力-寿命图和疲劳极限的概念。1870一1890年间，Gerber研究了平均应力对疲劳寿命的影响。Goodman提出了考虑平均应力影响的简单理论。1920年Griffith发表了关于脆性材料断裂的理论和试验结果。发现玻璃的强度取决于所包含的微裂纹长度，Griffith理论的出现标志着断裂力学的开端。1945年Miner用公式表达出线性积累损伤理论。五十年代，力学理论上对提出应力强度因子K的概念。六十年代，Manson—Coffin公

金属疲劳

第10章金属材料的疲劳 材料或元件在交变应力（随时间作周期性改变的应力）作用下，经过一段时期后，在内部缺陷或应力集中的部位，局部产生细微的裂纹，裂纹逐渐扩展以致在应力远小于屈服点或强度极限的情况下，突然发生脆性断裂，这种现象称为疲劳，例如频繁进料、出料的周期性间歇操作的设备，往复式压缩机气缸，应考虑其疲劳失效的可能性． 疲劳分类： （1）高周疲劳 低应力，高循环次数。最常见 （2）低周疲劳 高应力，低循环次数。 （3）热疲劳 温度变化引起的热应力作用下引起的疲劳破坏。 （4）腐蚀疲劳 交变载荷与腐蚀介质共同作用下引起的破坏。 （5）接触疲劳 机件的接触表面在接触应力反复作用下出现表面剥落。 10.1交变载荷特性 大小或方向或两者同时随时间发生周期性变化的载荷。 交变载荷的特性可用几个参数来表示： 应力循环：交变应力在两个应力极值之间变化一次的过程。 最大应力（σmax）：循环中代数值最大的应力。 最小应力（σmin）：循环中代数值最小的应力。 平均应力：（σmax+σmax）/2 应力幅：（σmax-σmin）/2

不对称系数：r=（σmin/σmax）;r=-1对称，r=0脉动；-1107曲线呈水平,对于铝合金等有色金属则没有明显水平部分。 10.2.3疲劳断裂的断口特征 脆性断裂，断口无明显塑性变形，贝壳状纹路。 对缺口敏感（材料外缘和芯部纹扩散速度不同），对 缺口不敏感。 10.2.4金属材料的疲劳抗力指标 10.2.4.1疲劳极限 材料经无限多次应力循环不断裂的交变应力幅值。对于铝合金取Nf>=105～107的应力幅值作为条件疲劳极限。 同一材料，对称循环疲劳极限也不同，弯曲疲劳极限（σ-1）>拉压疲劳极限（σ-1p）>扭转疲劳极限（τ-1n）。 10.2.4.2疲劳缺口的敏感度 应力集中程度用应力集中系数 缺口对疲劳强度的影响，用疲劳有效应力集中系数Kf

影响螺栓疲劳强度的因素

影响螺栓疲劳性能的主要因素有以下几点： 1、螺纹牙谷形状和半径尺寸的影响。 螺栓受力时，螺纹牙谷处就会产生应力集中，其值在很大程度上取决于牙谷的形状。改变牙谷的形状，如螺纹的牙谷槽越平滑，应力集中就越小，疲劳强度则越高。一般而言，平底牙谷的螺纹疲劳强度最低。如以圆形牙谷代替平底牙谷，螺栓的疲劳强度便可得到提高。如平底螺纹牙谷的弹性应力集中系数为2.54，而改进的圆弧牙谷为1.52，即后者的牙谷应力集中系数较前者降低40%，从而可以使疲劳强度至少提高20%；如经调质处理的40CrNiMo钢制螺栓，螺纹为M6-1.0的平底牙谷时疲劳强度为95MPa，而采用最大半径为0.1mm的圆弧形牙谷时，其疲劳强度可以提高到120MPa，即提高26%。日本新日铁公司新开发的CD（critical design for fracture）螺栓的疲劳强度提高的幅度更大，高达100%，CD螺栓的主要特点是螺母内螺纹的牙峰高度逐渐降低，以使其受力更均匀。 2、螺纹表面粗糙度的影响。 螺纹的表面粗糙度对螺栓的疲劳寿命影响很大。如螺纹为M6-1.0的40CrNiMo钢制螺栓，其粗糙度由0.08～0.16降低到0.63～1.35时，疲劳强度下降33%；螺纹为M12-1.5的螺栓，其表面粗糙度由0.08～0.16降低到0.16～0.32时，疲劳强度下降21%。 3、螺纹滚丝工序的影响。 滚压螺纹会产生形变强化层和较高的残余压应力，对阻止疲劳裂纹的萌生和早起扩展起到很大的作用；同时，也会降低牙谷的表面粗糙度，因而有利于螺栓疲劳强度的提高。但是，如果滚压螺纹后再进行热处理，就会使上述有利因素消失。所以从改善螺栓疲劳性能的角度考虑，应在热处理后滚压螺纹。但此时存在另一个问题，即螺栓特别是高强度螺栓经过热处理后其硬度通常较高，致使滚丝模具寿命降低。此外，如果滚丝的质量不够好，在螺纹的表面或根部产生微裂纹或类似接触疲劳的剥落现象，则改善螺栓疲劳性能的效果不明显，甚至会降低疲劳性能。 4、钢材冶金缺陷的影响。 原材料表面脱碳，通常是在轧制加热过程中对坯料表面没有有效的保护所

影响零件疲劳强度的主要因素有

影响零件疲劳强度的主 要因素有 公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-

1.影响零件疲劳强度的主要因素有：应力集中、尺寸大小、表面加工质量。 2.静连接与动连接的强度计算区别：压溃（工作面上挤压应力强度校核）、过度磨损（工作面上压力强度校核） 3.标准蜗杆传动中，蜗杆直径系数q与刚度的关系：d=mq(模数*系数) 4．螺纹连接防松：一旦松动，轻者影响机器的正常运转，重者造成严重事故。常用防松措施：摩擦防松、机械防松、破坏螺旋副运动关系。5.紧螺栓连接 中，螺栓刚度对 应力辐的影响： 降低螺栓刚度或 增加被连接件刚 度可减小应力 辐。 6.双键连接时， 切向键两者夹角 120－130度，平 键180度。 7不完全液体润滑 径向滑动轴承， 要进行验算轴承 的平均压力p、轴 承的pv值、滑动 速度v条件性计 算。液体润滑径 向滑动轴承。 8蜗杆传动中，蜗 杆头数与传动效 率及自锁性关 系：头数越多， 传动效率越高， 自锁性越不好。 9.带传动中其他 参数不变，只有 小轮有两种速 度，当传递功率 不变时应按低速 设计该带传动。 按低速的，当功 率不变时，速度 低的受力大，按 力大的选择带传 动，保证带的强 度。 10.链传动中，为 什么链条磨损后 更容易从大链轮 上脱落：磨损后 节距变长，滚子 沿大链轮外移， 大链轮容易发生 掉链爬高现象。 设计时减少大链 轮齿数，减少滚 子沿大链轮的外 移量。 11.一双齿轮传动 中，1.5倍。 12.在机械设计和 使用机器时应遵 从力求缩短磨合 期、延长稳定磨 损期、推迟剧烈 磨损的到来。 13.一对啮合的标 准圆柱齿轮传 动，若齿轮齿数 分别为z1小于z2, 这对齿轮的弯曲 应力1大于2. 14.普通紧螺栓连 接受横向载荷作 用，螺栓中受拉 伸应力作用。 15.带传动有效拉 力与预紧力、包 角、摩擦系数的 关系：正比关 系。最小初拉力 直接决定临界摩 擦力的大小，增 加摩擦系数和带 轮的包角有利于 增大临界摩擦 力，相应地降低 最小初拉力。 16单向规律性不 稳定变应力的疲 劳强度计算依 据：疲劳损伤累 积假说。 17.为什么小链轮 齿数不能选得过 少、大链轮齿数 不得过多：齿数 过少增加运动的 不均匀性和动载 荷，链条在进入 和退出啮合时链 接之间的相对转 角增大，链传动 的圆周力增大， 从整体上加速铰 链和链轮的磨 损。过大增大了 传动的整体尺 寸、还容易发生 跳链和脱链的现 象，从而影响链 条使用寿命。 18.带传动发生打 滑的原因：如果 工作载荷增大， 超过带传动的有 效拉力达到最大 （临界）值，则 带与带轮间就将 发生显着的相对 滑动。由于带在 大轮上的包角总 是大于在小轮上 包角，所以打滑 总是首先在小带 轮上发生。 1.影响零件疲劳强度的主要因素有：应力集中、尺寸大小、表面加工质量。 2.静连接与动连接的强度计算区别：压溃（工作面上挤压应力强度校核）、过度磨损（工作面上压力强度校核） 3.标准蜗杆传动中，蜗杆直径系数q与刚度的关系：d=mq(模数*系数) 4．螺纹连接防松：一旦松动，轻者影响机器的正常运转，重者造成严重事故。常用防松措施：摩擦防松、机械防松、破坏螺旋副运动关系。 5.紧螺栓连接中，螺栓刚度对应力辐的影响：降低螺栓刚度或增加被连接件刚度可减小应力辐。 6.双键连接时，切向键两者夹角120－130度，平键180度。 7不完全液体润滑径向滑动轴承，要进行验算轴承的平均压力p、轴承的pv值、滑动速度v条件性计算。液体润滑径向滑动轴承。 8蜗杆传动中，蜗杆头数与传动效率及自锁性关系：头数越多，传动效率越高，自锁性越不好。 9.带传动中其他参数不变，只有小轮有两种速度，当传递功率不变时应按低速设计该带传动。按低速的，当功率不变时，速度低的受力大，按力大的选择带传动，保证带的强度。 10.链传动中，为什么链条磨损后更容易从大链轮上脱落：磨损后节距变长，滚子沿大链轮外移，大链轮容易发生掉链爬高现象。设计时减少大链轮齿数，减少滚子沿大链轮的外移量。 11.一双齿轮传动中，1.5倍。 12.在机械设计和使用机器时应遵从力求缩短磨合期、延长稳定磨损期、推迟剧烈磨损的到来。 13.一对啮合的标准圆柱齿轮传动，若齿轮齿数分别为z1小于z2,这对齿轮的弯曲应力1大于2. 14.普通紧螺栓连接受横向载荷作用，螺栓中受拉伸应力作用。 15.带传动有效拉力与预紧力、包角、摩擦系数的关系：正比关系。最小初拉力直接决定临界摩擦力的大小，增加摩擦系数和带轮的包角有利于增大临界摩擦力，相应地降低最小初拉力。 16单向规律性不稳定变应力的疲劳强度计算依据：疲劳损伤累积假说。 17.为什么小链轮齿数不能选得过少、大链轮齿数不得过多：齿数过少增加运动的不均匀性和动载荷，链条在进入和退出啮合时链接之间的相对转角增大，链传动的圆周力增大，从整体上加速铰链和链轮的磨损。过大增大了传动的整体尺寸、还容易发生跳链和脱链的现象，从而影响链条使用寿命。 18.带传动发生打滑的原因：如果工作载荷增大，超过带传动的有效拉力达到最大（临界）值，则带与带轮间就将发生显着的相对滑动。由于带在大轮上的包角总是大于在小轮上包角，所以打滑总是首先在小带轮上发生。 1.影响零件疲劳强度的主要因素有：应力集中、尺寸大小、表面加工质量。 2.静连接与动连接的强度计算区别：压溃（工作面上挤压应力强度校核）、过度磨损（工作面上压力强度校核） 3.标准蜗杆传动中，蜗杆直径系数q与刚度的关系：d=mq(模数*系数) 4．螺纹连接防松：一旦松动，轻者影响机器的正常运转，重者造成严重事故。常用防松措施：摩擦防松、机械防松、破坏螺旋副运动关系。 5.紧螺栓连接中，螺栓刚度对应力辐的影响：降低螺栓刚度或增加被连接件刚度可减小应力辐。 6.双键连接时，切向键两者夹角120－130度，平键180度。