影響無縫鋼管材料疲勞強度的八大因素

    山（shān）東羞羞视频在线免费無縫鋼管材料的疲勞強度對各種外在（zài）因素和內在（zài）因素都極為敏感。外在因素包括零件的形狀和尺寸、表（biǎo）麵光（guāng）潔度及使用條件等，內在因素包括材料（liào）本身（shēn）的成（chéng）分，組織狀態、純淨度和殘餘應力等。這些因素的細（xì）微變化，均會造成材料疲勞性能的波動甚至大幅度變化。
   各種因素對疲勞強度的影響是疲勞研究的（de）重要方麵，這種研究將為零件合理的結構設計、以及正（zhèng）確選擇（zé）無縫鋼（gāng）管材料和合理製訂各種冷熱加工工藝提供依據，以保證（zhèng）零件具有高的疲勞性能（néng）。
1.應力（lì）集中的影響
常規所（suǒ）講（jiǎng）的疲勞強度，都是用（yòng）精（jīng）心加工的（de）光滑試樣測得的，然（rán）而，實際機械零件都不可避免地存在著不（bú）同形（xíng）式（shì）的缺口，如台階、鍵槽、螺紋和油孔等。這些（xiē）缺口的存在造（zào）成應力集中，使缺口根部的最大實際應力（lì）遠大於零件所承（chéng）受的名義應（yīng）力，零件的疲勞破壞往往從這裏開始。
理論應力集中（zhōng）係數Kt ：在理想的彈性條件（jiàn）下，由彈性理論求得的（de），缺口根部的最大（dà）實際應力與名（míng）義應力的比值。
有效應力集中係數（shù）（或（huò）疲勞應力集中（zhōng）係數）Kf：光滑試樣的疲勞極限σ-1與缺口試樣疲勞極限σ-1n的比值。
有（yǒu）效應力集中係數不僅受構件尺（chǐ）寸和形狀的影（yǐng）響，而且受材料的物理性質、加工、熱處理等多種因素（sù）的影響。
有效應力集中係數隨著缺口尖（jiān）銳程度（dù）的增加而增加，但（dàn）通常（cháng）小於理論應力集中係數。
疲（pí）勞缺口敏感度係數q：疲勞缺口敏感度係數表示材料對（duì）疲勞缺口的敏感程度，由下式計算。
q的數據範圍是0-1，q值越小，表征無縫鋼管材料對缺口越不敏感（gǎn）。試驗表明，q並非純粹是材料常數，它仍然和缺口尺寸有關，隻有當缺口半（bàn）徑大於一定值後，q值才基（jī）本與缺口無關（guān），而且對於不同材料（liào）或處理狀態，此（cǐ）半徑值也不同。
2.尺寸因素的影響
由於材料本身（shēn）組織的不均（jun1）勻性以及（jí）內部缺陷的存在，尺寸（cùn）增加造成材料破壞概率的增加，從而降低材料的疲勞（láo）極（jí）限。尺寸效（xiào）應的存在，是把試驗室小試樣測（cè）得的疲勞數據（jù）運用於尺寸實際零件中（zhōng）的一個（gè）重要問（wèn）題，由於不可能把實（shí）際尺寸的零件上存在的應力（lì）集中、應力梯度等完全相似地在小試樣上（shàng）再現出來，從（cóng）而（ér）造（zào）成試驗室結果與某些具體零（líng）件疲勞破壞（huài）之間的（de）互相脫節。
3.表麵加工狀態的影響
機加工（gōng）的表麵總存在（zài）著高低不平（píng）的加工痕跡，這些痕跡就相當於微小缺口，在材料表麵造成應力集中，從而降低材料的疲勞強度。試驗表明，對於鋼和鋁合金，粗糙的加工（粗（cū）車）與縱（zòng）向（xiàng）精拋光相比，疲勞極限要（yào）降低10%－20%甚至更多。材料的（de）強（qiáng）度越高，則對表麵光潔度越敏感。
4.加載經（jīng）曆的影響
實際上沒有任何零件（jiàn）是（shì）在絕對恒定的應力幅條（tiáo）件下工作，材（cái）料實際工作（zuò）中的超載和次載都會對材料的疲勞極限產生影響，試驗表明，材料普遍存在（zài）著超載損傷和次載鍛煉現象。
所謂超載損傷是（shì）指材料在高於疲勞極（jí）限的載荷下運行達（dá）到一定周次後，將造成材料疲勞極限的下（xià）降。超（chāo）載越高，造（zào）成（chéng）損傷所需的周次越短，如圖（tú）1所示。

    事實上（shàng），在一定條件下，少量次數的超載不僅不會對材料造（zào）成損傷，由於形變強（qiáng）化、裂紋尖端鈍化以及殘餘壓（yā）應力的作用（yòng），還會對材料造成強化，從而提高材料的疲勞極限（xiàn）。因此，應對超載損傷的概念進行一些（xiē）補充和修正。所謂次載鍛煉（liàn）是指材料在（zài）低於疲勞極限但高於某一限值的應力水平下運行一定周次（cì）後，造成材料疲勞極限升高的現象。次載鍛（duàn）煉的效果和材料本身的性能有關，塑性好的材料，一般來說鍛煉周期要長些，鍛煉應力要（yào）高些方能見效。
5.化學成分的影響
材料的疲勞強度與（yǔ）抗（kàng）拉強度在一定（dìng）條件下存在著（zhe）較密（mì）切的關（guān）係，因（yīn）此，在一定條件下凡能提高抗拉強度的合金元素，均可提高材料的疲勞強度。比較而言，碳是影響材料強度的最主要因素。而（ér）一些在鋼中形成（chéng）夾雜物的雜質（zhì）元素（sù）則對疲勞強度（dù）產生不利（lì）影響。
熱處理和顯微組織的影響不（bú）同的熱（rè）處理（lǐ）狀（zhuàng）態會得到不同的顯微組織，因此，熱處理對疲勞強度的影響，實質上就是顯微組織的影響。同一成份的材料，由於熱處理不同，雖然可（kě）以得到相同（tóng）的靜強度，但由（yóu）於組織的不同，疲（pí）勞強度可在相當大的範圍內變化。
    在相同的強度水平時，片狀珠光體（tǐ）的疲勞強度明顯要低（dī）於粒狀珠光體。同是粒狀珠光體，其滲碳體顆粒越細小（xiǎo），則疲（pí）勞強度越高。
顯微組織對材料疲勞性能的（de）影響，除了和各種組織本身的機械性能特性有關外，還和晶粒度以及複合組織中組織的分（fèn）布特征有關。細化晶粒可提高材料的疲勞強度。
6.夾雜物的影響
夾雜物本身或由它而產（chǎn）生的孔洞相當於（yú）微（wēi）小缺（quē）口，在交變載荷作用下將產生（shēng）應力（lì）集（jí）中和應變集中，成為疲勞斷裂的裂紋源（yuán），對材料（liào）的疲勞（láo）性能造成不良影響。夾雜物對疲勞強度的影響不僅取決於夾雜物的種類、性質、形狀、大小、數量和分（fèn）布，而且還取決於材料的強度水平以及外加應力水（shuǐ）平及狀態等因素（sù）。
不同類型的夾雜物其機械和物理性能不同，和母材（cái）性能之間（jiān）的差異不（bú）同，對疲勞性能的（de）影響也不同。一般說（shuō）來，易變形的塑性夾雜物（如硫化物）對（duì）鋼的疲勞性能影響較小，而脆性夾雜物（如氧（yǎng）化物、矽酸鹽等（děng））則有較大的危害。
   比基體膨脹係數大的夾雜物（如硫化物）因在基體中產生壓應（yīng）力而影響小，而比基體膨脹係數小的夾雜物（如（rú）氧化鋁等（děng））因在基體中產生拉應力而影響大。
   夾雜（zá）物與母材結合的緊密程度也會影響疲勞強度。硫化物易於變形，和母材（cái）結合緊密，而氧化物易於脫離母材，造成應力集（jí）中。由此（cǐ）可知，從夾雜物（wù）的類型來（lái）說，硫化物的影響較小，而氧化物、氮化物和矽酸鹽等則是危害較大的。
   不同（tóng）加載條件下，夾雜物對材料疲勞性能的影響也不同（tóng），在高載條件（jiàn）下，無論有沒有夾雜物的存在（zài），外加載荷均（jun1）足以使材料（liào）產生塑（sù）性流變，夾雜物的影響較小，而在材料的疲勞極限應力範圍，夾（jiá）雜物的存在造成局部應變集（jí）中成為塑性變形的控製（zhì）因素，從而強烈地影響材料的疲勞強度。也就是說，夾雜物的存在主要是影響材料的疲勞極限，對高（gāo）應（yīng）力條件下（xià）的疲勞強度影響不明顯（xiǎn）。
材料的純淨度是（shì）由熔煉工藝過程決（jué）定的，因此（cǐ），采用淨化冶煉（liàn）方法（如真空熔煉、真空除氣和電渣重熔等）均可有效（xiào）降低鋼中的雜質含量，改善材（cái）料的疲勞性能（néng）。
7.表麵性能變化及殘餘應力的影響
表麵狀態的影響除前（qián）已提及的表麵光潔度外，還包括表層機械性（xìng）能的變化及殘餘應力（lì）對疲勞強度的影（yǐng）響。表層機械性能的變化（huà）可（kě）以（yǐ）是表層化學成分和組織不同所引起（qǐ），也可以是表層因形變強化而引起。
滲碳（tàn）、氮化和碳氮共滲等表麵熱處理除了可以增加零件的耐磨性之外（wài），還是提高零件疲勞強度，特別是提高耐腐蝕（shí）疲勞和咬蝕的一種有效手段。
表麵化學熱處（chù）理對疲勞強度（dù）的影響主要取決於加載方式、滲層中的碳氮濃度、表麵（miàn）硬度及梯度、表麵（miàn）硬（yìng）度與心部硬度之比、層深以及表麵處理所形（xíng）成的殘餘壓應力的大小和分布等因（yīn）素。大量試驗表明（míng），隻要是先加工缺口後經化學熱處理，則一般說來缺口越尖銳，疲勞（láo）強度的提高也越多。
不同的加載（zǎi）方式下，表麵處（chù）理對疲勞性能（néng）的（de）影響也不同。軸向加（jiā）載時，由於不（bú）存在應力沿層深分布不均的現象，表層和層下的應力相同。在這種（zhǒng）情況下，表麵處理隻能改善表麵層（céng）的疲勞性（xìng）能，由於心部材料未得到強化，因而疲勞強度的提高有限。在彎曲和扭轉（zhuǎn）條件下，應力的分布集中於表層，表麵處理形成（chéng）的殘餘應力和這種外加應力疊加，使表麵實際承受的應力降低，同時，由於表層（céng）材料的強化，因而能有效地提高彎（wān）曲和扭轉條（tiáo）件下的疲（pí）勞強度（dù）。
    和滲碳、氮化以及碳氮共（gòng）滲等化學熱處理相反，如果零件在熱處理過（guò）程中脫碳，使表層的強度降（jiàng）低，則會使源（yuán）利通無（wú）縫鋼管材料的疲（pí）勞強度大幅度（dù）降低。同樣，表麵鍍層（如鍍Cr、Ni等）由於鍍層中的裂紋造成的缺口（kǒu）效應、鍍層在基（jī）體無縫鋼管中引（yǐn）起的殘餘拉應力以及電鍍（dù）過（guò）程中（zhōng）氫氣的浸入導（dǎo）到氫脆等（děng）原因，使疲勞強度降低。
    采用感應淬火、表麵火焰（yàn）淬火以及低淬透性鋼的薄殼淬（cuì）火（huǒ），均可獲（huò）得一（yī）定（dìng）深（shēn）度的表麵硬度化層，並在表層形成有利的（de）殘餘壓應力，因而也是提高零件疲勞強（qiáng）度的有效方法。
   表麵滾壓和（hé）噴丸等處理，由於（yú）能在試樣表麵形成一定深（shēn）度的形變硬化（huà）層（céng），同時使表麵產生殘（cán）餘壓應力，因（yīn）而也是提高疲勞（láo）強度（dù）的有效途（tú）徑。