影响无缝钢管材料疲劳强度的八大因素
山东源利通无缝钢管材料的疲劳强度对各种外在因素和内在因素都极为敏感kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜。外在因素包括零件的形状和尺寸kok体育竞猜、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kok体育竞猜。
各种因素对疲劳强度的影响是疲劳研究的重要方面kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜，这种研究将为零件合理的结构设计kok体育竞猜、以及正确选择无缝钢管材料和合理制订各种冷热加工工艺提供依据kok体育竞猜kok体育竞猜，以保证零件具有高的疲劳性能kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜。
1.应力集中的影响
常规所讲的疲劳强度kok体育竞猜，都是用精心加工的光滑试样测得的，然而kok体育竞猜，实际机械零件都不可避免地存在着不同形式的缺口kok体育竞猜kok体育竞猜，如台阶kok体育竞猜kok体育竞猜、键槽、螺纹和油孔等kok体育竞猜。这些缺口的存在造成应力集中kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜，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kok体育竞猜kok体育竞猜，缺口根部的最大实际应力与名义应力的比值kok体育竞猜。
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kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜，而且受材料的物理性质、加工kok体育竞猜kok体育竞猜、热处理等多种因素的影响kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜。
有效应力集中系数随着缺口尖锐程度的增加而增加kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜，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0-1kok体育竞猜kok体育竞猜，q值越小，表征无缝钢管材料对缺口越不敏感kok体育竞猜。试验表明kok体育竞猜kok体育竞猜，q并非纯粹是材料常数kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜，它仍然和缺口尺寸有关，只有当缺口半径大于一定值后kok体育竞猜kok体育竞猜，q值才基本与缺口无关kok体育竞猜，而且对于不同材料或处理状态，此半径值也不同。
2.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kok体育竞猜，从而降低材料的疲劳极限kok体育竞猜。尺寸效应的存在kok体育竞猜kok体育竞猜，是把试验室小试样测得的疲劳数据运用于尺寸实际零件中的一个重要问题kok体育竞猜，由于不可能把实际尺寸的零件上存在的应力集中kok体育竞猜、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。
3.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kok体育竞猜kok体育竞猜，这些痕迹就相当于微小缺口，在材料表面造成应力集中kok体育竞猜，从而降低材料的疲劳强度kok体育竞猜kok体育竞猜。试验表明kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜，对于钢和铝合金kok体育竞猜kok体育竞猜，粗糙的加工（粗车）与纵向精抛光相比kok体育竞猜，疲劳极限要降低10%－20%甚至更多kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜。材料的强度越高kok体育竞猜，则对表面光洁度越敏感kok体育竞猜kok体育竞猜。
4.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kok体育竞猜，材料普遍存在着超载损伤和次载锻炼现象kok体育竞猜。
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kok体育竞猜，将造成材料疲劳极限的下降kok体育竞猜。超载越高，造成损伤所需的周次越短kok体育竞猜，如图1所示kok体育竞猜。
事实上，在一定条件下kok体育竞猜，少量次数的超载不仅不会对材料造成损伤kok体育竞猜，由于形变强化kok体育竞猜、裂纹尖端钝化以及残余压应力的作用kok体育竞猜，还会对材料造成强化kok体育竞猜kok体育竞猜，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kok体育竞猜，造成材料疲劳极限升高的现象kok体育竞猜。次载锻炼的效果和材料本身的性能有关，塑性好的材料kok体育竞猜，一般来说锻炼周期要长些kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜，锻炼应力要高些方能见效kok体育竞猜。
5.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kok体育竞猜，因此kok体育竞猜，在一定条件下凡能提高抗拉强度的合金元素kok体育竞猜，均可提高材料的疲劳强度。比较而言kok体育竞猜，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kok体育竞猜，热处理对疲劳强度的影响kok体育竞猜，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kok体育竞猜kok体育竞猜，但由于组织的不同kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜，疲劳强度可在相当大的范围内变化kok体育竞猜。
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kok体育竞猜。同是粒状珠光体kok体育竞猜kok体育竞猜，其渗碳体颗粒越细小kok体育竞猜，则疲劳强度越高kok体育竞猜。
显微组织对材料疲劳性能的影响kok体育竞猜kok体育竞猜，除了和各种组织本身的机械性能特性有关外kok体育竞猜，还和晶粒度以及复合组织中组织的分布特征有关kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜。细化晶羕ok体育竞猜？商岣卟牧系钠＠颓慷�kok体育竞猜kok体育竞猜。
6.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kok体育竞猜kok体育竞猜，在交变载荷作用下将产生应力集中和应变集中kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜，成为疲劳断裂的裂纹源kok体育竞猜，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kok体育竞猜、性质kok体育竞猜、形状kok体育竞猜kok体育竞猜、大小kok体育竞猜、数量和分布kok体育竞猜，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kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜，和母材性能之间的差异不同kok体育竞猜，对疲劳性能的影响也不同kok体育竞猜。一般说来kok体育竞猜，易变形的塑性夹杂物（如硫化物）对钢的疲劳性能影响较小kok体育竞猜，而脆性夹杂物（如氧化物kok体育竞猜kok体育竞猜、硅酸盐等）则有较大的危害kok体育竞猜。
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kok体育竞猜kok体育竞猜，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kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜。硫化物易于变形kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜，和母材结合紧密kok体育竞猜，而氧化物易于脱离母材kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜，造成应力集中。由此可知kok体育竞猜，从夹杂物的类型来说kok体育竞猜kok体育竞猜，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kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜。
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kok体育竞猜kok体育竞猜，外加载荷均足以使材料产生塑性流变kok体育竞猜，夹杂物的影响较小kok体育竞猜kok体育竞猜，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kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜，从而强烈地影响材料的疲劳强度kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜。也就是说kok体育竞猜kok体育竞猜，夹杂物的存在主要是影响材料的疲劳极限kok体育竞猜kok体育竞猜，对高应力条件下的疲劳强度影响不明显kok体育竞猜kok体育竞猜。
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kok体育竞猜，改善材料的疲劳性能kok体育竞猜。
7.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kok体育竞猜，也可以是表层因形变强化而引起。
渗碳kok体育竞猜kok体育竞猜、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kok体育竞猜kok体育竞猜，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kok体育竞猜kok体育竞猜。
表面化学热处理对疲劳强度的影响主要取决于加载方式kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜、渗层中的碳氮浓度、表面硬度及梯度kok体育竞猜、表面硬度与心部硬度之比kok体育竞猜、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kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜，则一般说来缺口越尖锐kok体育竞猜，疲劳强度的提高也越多kok体育竞猜。
不同的加载方式下kok体育竞猜，表面处理对疲劳性能的影响也不同kok体育竞猜kok体育竞猜。轴向加载时kok体育竞猜，由于不存在应力沿层深分布不均的现象kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜，表层和层下的应力相同kok体育竞猜kok体育竞猜。在这种情况下kok体育竞猜kok体育竞猜，表面处理只能改善表面层的疲劳性能kok体育竞猜，由于心部材料未得到强化kok体育竞猜，因而疲劳强度的提高有限kok体育竞猜kok体育竞猜。在弯曲和扭转条件下kok体育竞猜，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kok体育竞猜，同时kok体育竞猜，由于表层材料的强化kok体育竞猜，因而能有效地提高弯曲和扭转条件下的疲劳强度kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜。
和渗碳kok体育竞猜kok体育竞猜、氮化以及碳氮共渗等化学热处理相反kok体育竞猜kok体育竞猜，如果零件在热处理过程中脱碳kok体育竞猜，使表层的强度降低kok体育竞猜，则会使源利通无缝钢管材料的疲劳强度大幅度降低kok体育竞猜kok体育竞猜。同样，表面镀层（如镀Crkok体育竞猜、Ni等）由于镀层中的裂纹造成的缺口效应kok体育竞猜kok体育竞猜、镀层在基体无缝钢管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kok体育竞猜kok体育竞猜，使疲劳强度降低kok体育竞猜kok体育竞猜。
采用感应淬火、表面火焰淬火以及低淬透性钢的薄壳淬火kok体育竞猜，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kok体育竞猜，因而也是提高零件疲劳强度的有效方法kok体育竞猜kok体育竞猜。
表面滚压和喷丸等处理kok体育竞猜，由于能在试样表面形成一定深度的形变硬化层kok体育竞猜，同时使表面产生残余压应力kok体育竞猜，因而也是提高疲劳强度的有效途径kok体育竞猜kok体育竞猜kok体育竞猜。
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