影響無縫鋼管材料疲（pí）勞強（qiáng）度的八大因素

    山東源利（lì）通無縫鋼管材料的疲勞強（qiáng）度對各種外在因素和內在因（yīn）素都極為敏感。外在因素包括零件的形狀和尺寸、表麵光潔度及使用條件（jiàn）等，內（nèi）在因素包括材料本身的成分，組織狀態、純淨度和殘餘應力等。這些因素的細微變化，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（jiàn）合理的結構設計、以及正確選擇無縫鋼管材料和合理製訂各種冷熱加工工藝提供（gòng）依（yī）據，以保證零件（jiàn）具有（yǒu）高的疲勞（láo）性能。
1.應力集中（zhōng）的影響
常規（guī）所講的疲勞強度，都是用精（jīng）心加工的光滑試樣（yàng）測得的，然而，實際機械零件都不可避免地存在著不同形式的缺口，如台階、鍵槽、螺（luó）紋和油孔等。這些缺口的存在造成應力集（jí）中，使缺口根部的最大實際應力遠大於零件所承受的（de）名義（yì）應力（lì），零件的疲勞（láo）破壞往往從這裏（lǐ）開（kāi）始。
理論應力集（jí）中係數Kt ：在理想的（de）彈性條件下，由（yóu）彈性（xìng）理論求得的，缺口根部的最大實際應力與名義應力的比值。
有效應力集中係數（或疲勞應力集中係數）Kf：光滑（huá）試（shì）樣的疲勞極限σ-1與缺口試樣疲勞極（jí）限σ-1n的比值（zhí）。
有（yǒu）效應力集中係數不僅受構件尺寸和形狀的影響，而（ér）且受（shòu）材料的物理性質（zhì）、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銳程度的增加而增加，但通常小（xiǎo）於理論應（yīng）力集中係數。
疲勞缺口敏感度係數q：疲勞缺口（kǒu）敏感（gǎn）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（shù）據範圍是0-1，q值越（yuè）小，表征無縫鋼管材料對缺口（kǒu）越不敏（mǐn）感。試驗表明，q並非純粹是材料常數，它仍然和缺口尺寸有關，隻有當缺口半徑大於一定值後，q值才基本與缺口無（wú）關，而且對於不（bú）同材料或處理狀態，此半徑值也不同。
2.尺（chǐ）寸因素的（de）影響
由於材料本身組織（zhī）的不均勻性以及（jí）內（nèi）部缺陷的存在，尺寸增加造（zào）成材料破壞概率的增加，從（cóng）而降（jiàng）低材料的疲勞極限。尺寸效應（yīng）的存在，是把試驗室小試樣測得的疲勞數（shù）據運用（yòng）於尺寸實際零件中的一個重（chóng）要問題，由於不可能把實際尺寸的零件上存在的應力集中、應（yīng）力梯度等完（wán）全相似地在小試（shì）樣上再現出來，從而造成試驗室結果與某些具體零件疲勞破壞（huài）之間的互相脫節。
3.表麵加工狀態的影響
機加工的表麵（miàn）總存在著高低不平的加（jiā）工痕跡，這些痕跡就相當於微小缺（quē）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（粗車）與縱向（xiàng）精拋光相（xiàng）比（bǐ），疲（pí）勞極限要降低10%－20%甚至更多。材料的（de）強度越高，則對（duì）表麵光（guāng）潔（jié）度越敏感（gǎn）。
4.加載經曆的影響
實際（jì）上（shàng）沒有任何零（líng）件是在絕對恒定的應力幅條件下工（gōng）作，材料實際工作中的超載和次載都會對（duì）材（cái）料的疲勞極限產生影（yǐng）響，試驗表明，材料普遍存在著超載損傷和次載鍛煉現象。
所謂超載損傷是指材料在高於疲勞極限（xiàn）的載荷下（xià）運行（háng）達到一定周次後（hòu），將造成材料疲勞極限的下降。超載越高，造成損傷所需的周次越（yuè）短，如圖1所示。

    事實上，在一定條件下，少量次數的超載不僅不會（huì）對材料造成損傷，由於形變強化（huà）、裂紋尖端鈍化以及殘餘壓應力的作用，還會對材料造（zào）成強化，從而提（tí）高材料的疲勞（láo）極限。因（yīn）此，應（yīng）對超載損（sǔn）傷的概念進行一（yī）些補充和（hé）修正。所謂次載鍛煉是（shì）指（zhǐ）材料在低於疲勞極限但高於某（mǒu）一限值的應力水平（píng）下運行一定周次後，造成材料疲勞極（jí）限升高的（de）現象。次載鍛煉的效果（guǒ）和材料本身的性能有關，塑性好的材料（liào），一般來說（shuō）鍛煉周期要長些（xiē），鍛煉應力要高些方（fāng）能見（jiàn）效。
5.化學成分的影響
材料的疲勞強度與（yǔ）抗拉強度在（zài）一定條（tiáo）件下存在（zài）著較密切的（de）關係，因此，在一定條件下凡能提高抗拉（lā）強度的合金元（yuán）素，均可提高材料的疲勞強度（dù）。比較（jiào）而言，碳是影響（xiǎng）材料強度的最（zuì）主要因素。而一些在鋼中形成夾雜物的雜質元素則對（duì）疲勞強度產生（shēng）不利影響。
熱處理和（hé）顯微組（zǔ）織的影（yǐng）響不同（tóng）的（de）熱處理狀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（liào），由（yóu）於熱處理不同，雖（suī）然可以得到相同的靜強（qiáng）度，但由（yóu）於組織的不同，疲勞強度可在相當大的範圍內變化。
    在相同的強度水平時，片狀珠光體的（de）疲勞強度（dù）明顯要低於粒狀珠光體。同是粒狀珠（zhū）光體，其滲碳體顆粒越細小，則疲勞強度越高。
顯微組織對材料疲勞性能的影響，除了（le）和各種組織本（běn）身的（de）機械性能特性有關外，還和晶粒度以及複合組織中組織的（de）分布特征有（yǒu）關。細化晶粒可提高材料的疲（pí）勞強度。
6.夾雜（zá）物的影響
夾雜物本身或由它而產生的孔洞相當於微小缺口，在交變載荷作用下將產生（shēng）應力集中和應變（biàn）集中，成為疲勞斷裂的裂紋源，對材料的疲勞性能造成不良影響。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、數量和分布（bù），而且還取決於材料的強度水平以（yǐ）及（jí）外加應力水平及（jí）狀態等因素。
不同類型的夾雜物其機械和物（wù）理性能不同，和母（mǔ）材性能之間的差（chà）異不同，對疲勞性能的影響也不同。一般說來，易變形（xíng）的塑性夾雜物（如硫化物）對鋼的疲勞性能影響（xiǎng）較小，而脆性夾雜物（如氧（yǎng）化物、矽酸（suān）鹽等）則有較大的危害。
   比基體（tǐ）膨脹係數大的夾雜物（如硫化（huà）物）因在基體中產生壓應力而影響小，而（ér）比基體膨脹係（xì）數小的夾雜（zá）物（wù）（如氧化鋁等）因在基體中產生拉應力而影響大。
   夾雜物與母材結合的緊密程度也（yě）會影響疲（pí）勞強度。硫化（huà）物易（yì）於變形，和母材結合緊密，而氧化物易於脫離（lí）母材，造成應力集（jí）中（zhōng）。由此可知（zhī），從夾雜物的類型來說，硫化物的影響較（jiào）小，而氧化物、氮化物和矽酸（suān）鹽等則是危害較大的。
   不同加載條件下，夾雜物（wù）對材料疲（pí）勞性能的影響也不同，在高載條件下，無論有沒有夾雜物的存（cún）在，外加載荷均（jun1）足以使材料產生塑性流變（biàn），夾雜物的影響較小，而在材料的疲勞極限應力範圍，夾雜（zá）物的存在（zài）造成局部應變集中成為塑性變形的控製因素，從而強烈地（dì）影響材料的疲勞強度。也（yě）就是說，夾雜物的存在主要是影響（xiǎng）材料的疲勞極限，對高（gāo）應力條件（jiàn）下的疲勞強度影響（xiǎng）不明顯。
材料的純淨（jìng）度是（shì）由熔煉工藝過程決定的，因此，采用淨化冶煉方法（如真空熔煉、真空除（chú）氣和電渣重熔等）均可有效降低鋼中的雜質含量，改善材料（liào）的疲勞性能。
7.表麵性能（néng）變化及（jí）殘餘應力的影（yǐng）響
表麵（miàn）狀態（tài）的影響除前已提及的表（biǎo）麵光潔度（dù）外，還包括表層機械性能的變化及殘餘應力對疲勞強度的影響。表層（céng）機械（xiè）性能的變化可以是（shì）表層化學成分和組織不同所引起，也可以是表層因形變強化而引起。
滲碳、氮化和碳氮共滲等（děng）表麵熱處理除（chú）了可（kě）以增（zēng）加零件的耐磨性之外（wài），還是提高零件疲勞強（qiáng）度，特別是提高耐腐蝕疲勞和咬（yǎo）蝕的（de）一種有效（xiào）手段。
表麵化學熱處理對疲勞強度的影（yǐng）響主要取決於加載方式、滲層中的碳氮濃度、表麵硬度及梯度、表麵硬度與心（xīn）部（bù）硬（yìng）度之比、層深以及表（biǎo）麵處理所形成的殘餘壓應（yīng）力的大小（xiǎo）和（hé）分布等因素（sù）。大量試（shì）驗表明，隻要是先加工缺口後經化學熱處理，則一（yī）般說來缺口越尖銳，疲勞強度的提高也（yě）越多。
不同的加載方式下，表麵處理對（duì）疲勞性能的影響也不同（tóng）。軸向加載時，由於不存在應力沿層深分布（bù）不均的現（xiàn）象，表層和層下的應力相同。在這種情況下，表麵處理隻能改善表（biǎo）麵層的疲勞（láo）性能，由（yóu）於心部材料未得到強化，因（yīn）而疲勞強度的提（tí）高有限。在彎曲和扭（niǔ）轉條件下（xià），應力的分布集中於表層（céng），表麵（miàn）處理（lǐ）形成的殘餘應力和這種外加應力疊加，使表麵（miàn）實際（jì）承受的應力（lì）降低（dī），同時，由（yóu）於表層材料的強化，因而能有效地提高彎曲（qǔ）和扭轉條件下的疲勞強度。
    和滲碳、氮化以及碳氮（dàn）共滲等化學熱處理相反，如果零件在熱處理過程中脫碳（tàn），使表層的（de）強度降低（dī），則會使香蕉影视無縫鋼管材料的疲勞強度大幅度降低（dī）。同樣（yàng），表麵鍍（dù）層（如鍍Cr、Ni等）由於鍍層中的裂紋造成的缺口效應、鍍層在基（jī）體無縫鋼管中引起（qǐ）的殘餘拉（lā）應力以及電鍍過（guò）程中氫（qīng）氣的（de）浸入導到氫（qīng）脆等（děng）原因，使疲勞強度（dù）降低。
    采（cǎi）用感應淬火、表（biǎo）麵（miàn）火焰淬火以及低淬透性鋼的薄殼淬火，均可（kě）獲得一定深度的表麵硬度化層，並在表層形成有利的殘餘壓應力，因而也是提高零件疲勞強度的有效方法。
   表麵滾壓和噴丸等處理，由（yóu）於能在試樣（yàng）表麵形成一定深度的形變硬化層，同時使表（biǎo）麵產生殘餘壓應力，因而（ér）也是提高疲勞強度的有效途徑。