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卓越科技:彈簧材料的抗疲勞性

發布時間:2020-04-01 16:46:06來源:

彈簧材料的抗疲勞性在交變應力作用下,彈簧材料發生斷裂的現象叫疲勞斷裂,此時的應力值遠低于抗拉強度。疲勞斷裂在斷裂前沒有明顯的塑性變形,其斷口外觀通常呈現為平滑區和粗顆粒區兩部分衡量材料抗疲勞性的主要指標是疲勞極限,其物理意義是:在交變載荷的條件下,材料承受無限多次的應力循環而不被破壞的極限應力。
在工程上提供疲勞性能的基本方法通常是依靠試驗獲得金屬材料的疲勞曲線(S-N曲線),即建立應力幅S與相應的斷裂周次N之間的實測關系曲線
應力種類(如反復彎曲、拉壓、反復扭轉或復合應力)不同時,其疲勞極限不同。材料的疲勞現象存在以下一些規律。

  • 工件承受的變應力最大值越高,斷裂前所能承受的應力循環周次N越??;而應力最大值越低,斷裂前的應力循環周次 N 越大。在一定條件下,當應力最大值低于某值時,材料可經受無限次應力循環而不發生斷裂。循環應力與斷裂周次間的關系,即疲勞曲線(S-N曲線)。從該曲線可明顯地看到,當應力最大值低于某值后,曲線逐漸與橫坐標平行,成為定值,此時的應力值即為疲勞極限。
  • 實踐證明,大多數鋼鐵材料的疲勞曲線在10的7次方周次后變為水平,而有色金屬和某些超高強度鋼的疲勞曲線無明顯水平部分,需經10的8次方周次或更多周次應力循環后才能有條件地確定疲勞極限。為了方便起見,常根據實際需要規定一有限值(一般為5×10的7次方或10的8次方周次),把應力循環周次超過此有限值而不斷裂的最大應力稱為材料的條件疲勞極限。
  • 對于受正負交變循環應力作用的材料,在最大應力相同的前提下,應力為對稱循環相比應力為不對稱循環而言對材料造成的損害更大。當應力為不對稱循環時,若最大應力相同,則應力循環不對稱的程度越大,試件斷裂前經受的應力循環周次越多,亦即對材料造成的損害越小。
  • 不同材料,雖有相同的疲勞極限,但其疲勞曲線斜線部分的左右位置和傾斜角大小可能不同。這表明材料對疲勞過載荷(應力超過疲勞極限時的載荷)的抗力不同。疲勞曲線傾斜部分各點的應力水平與相對應的循環周次稱為過載持久值或有限周次的疲勞強度。全面評價材料的疲勞抗力時,應有完整的疲勞曲線。
  • 材料的疲勞曲線是由實驗測定的,實驗數據的分散性是很大的。嚴格地說S-N曲線實際上是一個曲線帶。因此,疲勞曲線應看作是一組試驗所得的分散帶的均值。當疲勞數據足夠多時,可將數據用概率統計法畫出不同破壞概率的一組疲勞曲線,即P-S-N曲線,其中P表示疲勞破斷概率。通常繪出的S-N曲線相當于破斷概率P=50%的P-S-N曲線
  • 影響彈簧疲勞性能的因素很多,除去材料本身外,零件的制作工藝、使用環境等都有不同的影響。因此對于一些重要的零件,在定型時需要進行疲勞試驗。