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影響彈簧疲勞強度的因素
發(fā)布時間：2009/12/29
影響彈簧疲勞強度的因素
1．屈服強度 材料的屈服強度和疲勞極限之間有一定的關(guān)系，一般來說，材料的屈服強度越高，疲勞強度也越高，因此，為了提高彈簧的疲勞強度應設法提高彈簧材料的屈服強度，或采用屈服強度和抗拉強度比值高的材料。對同一材料來說，細晶粒組織比粗細晶粒組織具有更高的屈服強度。
2．表面狀態(tài) 最大應力多發(fā)生在彈簧材料的表層，所以彈簧的表面質(zhì)量對疲勞強度的影響很大。彈簧材料在軋制、拉拔和卷制過程中造成的裂紋、疵點和傷痕等缺陷往往是造成彈簧疲勞斷裂的原因。
??? 材料表面粗糙度愈小，應力集中愈小，疲勞強度也愈高。材料表面粗糙度對疲勞極限的影響。隨著表面粗糙度的增加，疲勞極限下降。在同一粗糙度的情況下，不同的鋼種及不同的卷制方法其疲勞極限降低程度也不同，如冷卷彈簧降低程度就比熱卷彈簧小。因為鋼制熱卷彈簧及其熱處理加熱時，由于氧化使彈簧材料表面變粗糙和產(chǎn)生脫碳現(xiàn)象，這樣就降低了彈簧的疲勞強度。
??? 對材料表面進行磨削、強壓、拋丸和滾壓等。都可以提高彈簧的疲勞強度。
3．尺寸效應 材料的尺寸愈大，由于各種冷加工和熱加工工藝所造成的缺陷可能性愈高，產(chǎn)生表面缺陷的可能性也越大，這些原因都會導致疲勞性能下降。因此在計算彈簧的疲勞強度時要考慮尺寸效應的影響。
4．冶金缺陷 冶金缺陷是指材料中的非金屬夾雜物、氣泡、元素的偏析，等等。存在于表面的夾雜物是應力集中源，會導致夾雜物與基體界面之間過早地產(chǎn)生疲勞裂紋。采用真空冶煉、真空澆注等措施，可以大大提高鋼材的質(zhì)量。
5．腐蝕介質(zhì) 彈簧在腐蝕介質(zhì)中工作時，由于表面產(chǎn)生點蝕或表面晶界被腐蝕而成為疲勞源，在變應力作用下就會逐步擴展而導致斷裂。例如在淡水中工作的彈簧鋼，疲勞極限僅為空氣中的10%~25%。腐蝕對彈簧疲勞強度的影響，不僅與彈簧受變載荷的作用次數(shù)有關(guān)，而且與工作壽命有關(guān)。所以設計計算受腐蝕影響的彈簧時，應將工作壽命考慮進去。
??? 在腐蝕條件下工作的彈簧，為了保證其疲勞強度，可采用抗腐蝕性能高的材料，如不銹鋼、非鐵金屬，或者表面加保護層，如鍍層、氧化、噴塑、涂漆等。實踐表明鍍鎘可以大大提高彈簧的疲勞極限。
6．溫度 碳鋼的疲勞強度，從室溫到120℃時下降，從120℃到350℃又上升，溫度高于350℃以后又下降，在高溫時沒有疲勞極限。在高溫條件下工作的彈簧，要考慮采用耐高溫彈簧鋼。在低于室溫的條件下，鋼的疲勞極限有所增加。
??? 有關(guān)以上這些影響疲勞強度因素的具體數(shù)值，參看有關(guān)資料。
??? 一般材料表中所給出的б-1和τ-1值是指材料表面光滑和在空氣介質(zhì)中所得的數(shù)據(jù)。如果所設計的彈簧的工作條件與上述條件不符、則應對б-1和τ-1進行修正，一般考慮的影響因素有應力集中、表面狀況、尺寸大小、溫度等，分別采用應力集中系數(shù)Kб（Kτ）、表面狀態(tài)系數(shù)K?、尺寸系數(shù)Kε、溫度系數(shù)Kt等來表示，則實際的疲勞極限為?
1．屈服強度 材料的屈服強度和疲勞極限之間有一定的關(guān)系，一般來說，材料的屈服強度越高，疲勞強度也越高，因此，為了提高彈簧的疲勞強度應設法提高彈簧材料的屈服強度，或采用屈服強度和抗拉強度比值高的材料。對同一材料來說，細晶粒組織比粗細晶粒組織具有更高的屈服強度。
2．表面狀態(tài) 最大應力多發(fā)生在彈簧材料的表層，所以彈簧的表面質(zhì)量對疲勞強度的影響很大。彈簧材料在軋制、拉拔和卷制過程中造成的裂紋、疵點和傷痕等缺陷往往是造成彈簧疲勞斷裂的原因。
??? 材料表面粗糙度愈小，應力集中愈小，疲勞強度也愈高。材料表面粗糙度對疲勞極限的影響。隨著表面粗糙度的增加，疲勞極限下降。在同一粗糙度的情況下，不同的鋼種及不同的卷制方法其疲勞極限降低程度也不同，如冷卷彈簧降低程度就比熱卷彈簧小。因為鋼制熱卷彈簧及其熱處理加熱時，由于氧化使彈簧材料表面變粗糙和產(chǎn)生脫碳現(xiàn)象，這樣就降低了彈簧的疲勞強度。
??? 對材料表面進行磨削、強壓、拋丸和滾壓等。都可以提高彈簧的疲勞強度。
3．尺寸效應 材料的尺寸愈大，由于各種冷加工和熱加工工藝所造成的缺陷可能性愈高，產(chǎn)生表面缺陷的可能性也越大，這些原因都會導致疲勞性能下降。因此在計算彈簧的疲勞強度時要考慮尺寸效應的影響。
4．冶金缺陷 冶金缺陷是指材料中的非金屬夾雜物、氣泡、元素的偏析，等等。存在于表面的夾雜物是應力集中源，會導致夾雜物與基體界面之間過早地產(chǎn)生疲勞裂紋。采用真空冶煉、真空澆注等措施，可以大大提高鋼材的質(zhì)量。
5．腐蝕介質(zhì) 彈簧在腐蝕介質(zhì)中工作時，由于表面產(chǎn)生點蝕或表面晶界被腐蝕而成為疲勞源，在變應力作用下就會逐步擴展而導致斷裂。例如在淡水中工作的彈簧鋼，疲勞極限僅為空氣中的10%~25%。腐蝕對彈簧疲勞強度的影響，不僅與彈簧受變載荷的作用次數(shù)有關(guān)，而且與工作壽命有關(guān)。所以設計計算受腐蝕影響的彈簧時，應將工作壽命考慮進去。
??? 在腐蝕條件下工作的彈簧，為了保證其疲勞強度，可采用抗腐蝕性能高的材料，如不銹鋼、非鐵金屬，或者表面加保護層，如鍍層、氧化、噴塑、涂漆等。實踐表明鍍鎘可以大大提高彈簧的疲勞極限。
6．溫度 碳鋼的疲勞強度，從室溫到120℃時下降，從120℃到350℃又上升，溫度高于350℃以后又下降，在高溫時沒有疲勞極限。在高溫條件下工作的彈簧，要考慮采用耐高溫彈簧鋼。在低于室溫的條件下，鋼的疲勞極限有所增加。
??? 有關(guān)以上這些影響疲勞強度因素的具體數(shù)值，參看有關(guān)資料。
??? 一般材料表中所給出的б-1和τ-1值是指材料表面光滑和在空氣介質(zhì)中所得的數(shù)據(jù)。如果所設計的彈簧的工作條件與上述條件不符、則應對б-1和τ-1進行修正，一般考慮的影響因素有應力集中、表面狀況、尺寸大小、溫度等，分別采用應力集中系數(shù)Kб（Kτ）、表面狀態(tài)系數(shù)K?、尺寸系數(shù)Kε、溫度系數(shù)Kt等來表示，則實際的疲勞極限為?