金屬(shu)材(cai)料(liao)的(de)(de)疲(pi)勞強度對(dui)各(ge)種(zhong)外在(zai)因素(su)(su)(su)和(he)內(nei)在(zai)因素(su)(su)(su)都極為敏感，外在(zai)因素(su)(su)(su)包(bao)括零件(jian)的(de)(de)形狀和(he)尺寸、表(biao)面光潔度及使用條件(jian)等，內(nei)在(zai)因素(su)(su)(su)包(bao)括金屬(shu)材(cai)料(liao)本身的(de)(de)成(cheng)分、組織狀態、純凈度和(he)殘余應(ying)力等。這(zhe)些因素(su)(su)(su)的(de)(de)細微變(bian)化，均會造成(cheng)金屬(shu)材(cai)料(liao)疲(pi)勞性能的(de)(de)波動甚至大幅(fu)度變(bian)化。

各種因(yin)素對金屬材(cai)料(liao)疲(pi)勞(lao)(lao)(lao)強度的影響是疲(pi)勞(lao)(lao)(lao)研究的重(zhong)要方面，這種研究將為(wei)零件(jian)合理(li)的結(jie)構設計，以及正確選擇材(cai)料(liao)和合理(li)制訂各種冷(leng)熱加工(gong)工(gong)藝提供(gong)依據，以保證零件(jian)具有高的疲(pi)勞(lao)(lao)(lao)性(xing)能。

1.應力集中的影響

常(chang)規(gui)所(suo)講的(de)疲勞(lao)(lao)強度，都(dou)是用精心(xin)加工的(de)光滑試(shi)樣(yang)測得的(de)，然而，實(shi)際機械(xie)零件(jian)都(dou)不(bu)可避免地存(cun)在著不(bu)同形(xing)式(shi)的(de)缺口，如(ru)臺階、鍵槽、螺紋和油(you)孔等(deng)。這些缺口的(de)存(cun)在造成應(ying)力(li)集中，使缺口根部的(de)最大實(shi)際應(ying)力(li)遠大于零件(jian)所(suo)承受的(de)名義應(ying)力(li)，零件(jian)的(de)疲勞(lao)(lao)破壞(huai)往往從這里開始。

理(li)論(lun)應(ying)力(li)(li)集中系數Kt ：在理(li)想的(de)彈性(xing)條件(jian)下，由(you)彈性(xing)理(li)論(lun)求得的(de)，缺(que)口根部的(de)最大(da)實際應(ying)力(li)(li)與名義應(ying)力(li)(li)的(de)比值。

有效應力(li)(li)集中系數(shu)（或疲(pi)勞(lao)應力(li)(li)集中系數(shu)）Kf：光(guang)滑試樣的(de)疲(pi)勞(lao)極限σ-1與缺口試樣疲(pi)勞(lao)極限σ-1n的(de)比值。

有效應力集中(zhong)系數不僅受構件尺寸和形狀的影響，而且受材(cai)料的物理(li)(li)性質(zhi)、加(jia)工、熱處理(li)(li)等多種因素(su)的影響。

有效應力集中系數隨著缺口尖銳程度的增加而增加，但通常小于(yu)理論應力集中系數。

疲(pi)勞(lao)缺(que)(que)口敏(min)感(gan)度系(xi)數q：疲(pi)勞(lao)缺(que)(que)口敏(min)感(gan)度系(xi)數表(biao)示材料對疲(pi)勞(lao)缺(que)(que)口的敏(min)感(gan)程度，由下(xia)式(shi)計算(suan)：

q的數(shu)據范圍是(shi)0~1，q值(zhi)(zhi)越小，表(biao)征材料(liao)對缺口越不(bu)敏感。試驗表(biao)明，q并非純粹是(shi)材料(liao)常數(shu)，它仍然和缺口尺寸有(you)關(guan)，只有(you)當缺口半(ban)(ban)徑大于(yu)一定值(zhi)(zhi)后，q值(zhi)(zhi)才基本與缺口無(wu)關(guan)，而且(qie)對于(yu)不(bu)同材料(liao)或處(chu)理狀態，此半(ban)(ban)徑值(zhi)(zhi)也(ye)不(bu)同。

2.尺寸因素的影響

由(you)(you)于(yu)材料(liao)本(ben)身組織的(de)(de)(de)不(bu)均勻性以及內(nei)部(bu)缺陷的(de)(de)(de)存(cun)在，尺(chi)(chi)寸增(zeng)加造成(cheng)材料(liao)破壞概率(lv)的(de)(de)(de)增(zeng)加，從(cong)(cong)而(er)降低材料(liao)的(de)(de)(de)疲(pi)勞(lao)(lao)極限。尺(chi)(chi)寸效應的(de)(de)(de)存(cun)在，是把試驗室(shi)小試樣測得(de)的(de)(de)(de)疲(pi)勞(lao)(lao)數據運用于(yu)大尺(chi)(chi)寸實際(ji)零(ling)件(jian)中(zhong)的(de)(de)(de)一(yi)個重要問題，由(you)(you)于(yu)不(bu)可(ke)能把實際(ji)尺(chi)(chi)寸的(de)(de)(de)零(ling)件(jian)上存(cun)在的(de)(de)(de)應力(li)集中(zhong)、應力(li)梯(ti)度等完全相(xiang)似地在小試樣上再現出來，從(cong)(cong)而(er)造成(cheng)實驗室(shi)結果與某些具體零(ling)件(jian)疲(pi)勞(lao)(lao)破壞之(zhi)間的(de)(de)(de)互相(xiang)脫節。

3.表面加工狀態的影響

機加(jia)工的(de)(de)表面(mian)總存(cun)在著高低不平的(de)(de)加(jia)工痕跡，這些(xie)痕跡就相當于微小缺口，在材料表面(mian)造成應力集(ji)中，從(cong)而降低材料的(de)(de)疲勞(lao)(lao)強(qiang)度。試驗表明，對于鋼和鋁合金(jin)，粗(cu)糙的(de)(de)加(jia)工（粗(cu)車）與縱(zong)向精拋光相比(bi)，疲勞(lao)(lao)極限要降低10%~20%甚至更多。材料的(de)(de)強(qiang)度越高，則對表面(mian)光潔(jie)度越敏感(gan)。

4.加載經歷的影響

實際上沒有任(ren)何(he)零(ling)件(jian)(jian)是在絕對恒定的(de)(de)應(ying)力幅條件(jian)(jian)下工作，材(cai)(cai)料實際工作中的(de)(de)超載和次載都會對材(cai)(cai)料的(de)(de)疲勞極(ji)限產生影響，試(shi)驗(yan)表明，材(cai)(cai)料普遍存(cun)在著超載損傷(shang)和次載鍛煉現象。

所(suo)謂超(chao)載損傷(shang)是指材料(liao)在高于(yu)疲勞(lao)極限(xian)的載荷下(xia)運行達到一定周次(ci)后，將(jiang)造成材料(liao)疲勞(lao)極限(xian)的下(xia)降。超(chao)載越高，造成損傷(shang)所(suo)需的周次(ci)越短，如下(xia)圖所(suo)示。

事實上，在(zai)一定條件下，少量次數的(de)超載不僅不會(hui)對材(cai)(cai)料(liao)(liao)造成損傷(shang)，由于(yu)形變強化、裂紋(wen)尖端鈍化以及殘余壓應力的(de)作用，還(huan)會(hui)對材(cai)(cai)料(liao)(liao)造成強化，從(cong)而提(ti)高材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)疲勞極限(xian)。因(yin)此，應對超載損傷(shang)的(de)概念進行一些補充和(he)修正。

所謂次載(zai)鍛(duan)煉(lian)是指材(cai)料在(zai)低于(yu)疲(pi)勞(lao)(lao)極限(xian)但(dan)高于(yu)某(mou)一限(xian)值的應(ying)力(li)水平下運行一定周次后，造成材(cai)料疲(pi)勞(lao)(lao)極限(xian)升高的現象。次載(zai)鍛(duan)煉(lian)的效果和材(cai)料本身的性(xing)能有(you)關，塑性(xing)好的材(cai)料，一般來說鍛(duan)煉(lian)周期要長些(xie)(xie)，鍛(duan)煉(lian)應(ying)力(li)要高些(xie)(xie)方能見(jian)效。

5.化學成分的影響

材料(liao)的(de)疲(pi)勞(lao)強(qiang)度(du)與抗拉強(qiang)度(du)在一(yi)(yi)定條(tiao)(tiao)件下存(cun)在著較密切的(de)關系，因此，在一(yi)(yi)定條(tiao)(tiao)件下凡能提高(gao)抗拉強(qiang)度(du)的(de)合金(jin)元素(su)，均可提高(gao)材料(liao)的(de)疲(pi)勞(lao)強(qiang)度(du)。比較而言(yan)，碳是(shi)影(ying)響(xiang)材料(liao)強(qiang)度(du)的(de)最主要因素(su)。而一(yi)(yi)些在鋼中形成夾雜物(wu)的(de)雜質元素(su)則對(dui)疲(pi)勞(lao)強(qiang)度(du)產(chan)生不利影(ying)響(xiang)。

6.熱處理和顯微組織的影響

不(bu)同的(de)(de)熱(re)處(chu)理(li)狀態會得到不(bu)同的(de)(de)顯微組(zu)織，因此，熱(re)處(chu)理(li)對(dui)疲(pi)勞強(qiang)度(du)的(de)(de)影響，實(shi)質上就是(shi)顯微組(zu)織的(de)(de)影響。同一成份的(de)(de)材(cai)料，由于熱(re)處(chu)理(li)不(bu)同，雖然(ran)可以得到相(xiang)同的(de)(de)靜強(qiang)度(du)，但由于組(zu)織的(de)(de)不(bu)同，疲(pi)勞強(qiang)度(du)可在相(xiang)當大的(de)(de)范圍內變化(hua)。

在相同的強度水平時，片(pian)狀(zhuang)珠(zhu)光體的疲(pi)勞強度明(ming)顯(xian)要(yao)低于粒狀(zhuang)珠(zhu)光體。同是粒狀(zhuang)珠(zhu)光體，其滲(shen)碳體顆粒越細小，則疲(pi)勞強度越高。

顯(xian)微組(zu)織對(dui)材料(liao)疲勞性(xing)能的影(ying)響，除了(le)和各種組(zu)織本身(shen)的機械性(xing)能特性(xing)有(you)關(guan)外(wai)，還(huan)和晶粒(li)度(du)以及復合組(zu)織中組(zu)織的分布特征有(you)關(guan)。細化晶粒(li)可(ke)提(ti)高(gao)材料(liao)的疲勞強度(du)。

7.夾雜物的影響

夾雜物(wu)本身或由它而(er)產(chan)(chan)生的(de)(de)孔洞相當于(yu)微(wei)小(xiao)缺口，在交變載荷作(zuo)用(yong)下(xia)將產(chan)(chan)生應力集中和應變集中，成(cheng)為(wei)疲(pi)勞斷裂(lie)(lie)的(de)(de)裂(lie)(lie)紋源，對(dui)(dui)材(cai)料(liao)的(de)(de)疲(pi)勞性(xing)(xing)能造(zao)成(cheng)不(bu)良影(ying)響(xiang)。夾雜物(wu)對(dui)(dui)疲(pi)勞強(qiang)度(du)的(de)(de)影(ying)響(xiang)不(bu)僅取(qu)決于(yu)夾雜物(wu)的(de)(de)種類(lei)、性(xing)(xing)質(zhi)、形狀、大小(xiao)、數量(liang)和分布，而(er)且還取(qu)決于(yu)材(cai)料(liao)的(de)(de)強(qiang)度(du)水平以(yi)及外加應力水平及狀態等因素。

不(bu)(bu)同(tong)類型(xing)的(de)(de)夾雜(za)物(wu)(wu)(wu)(wu)其機械和物(wu)(wu)(wu)(wu)理性(xing)能(neng)(neng)不(bu)(bu)同(tong)，和母材性(xing)能(neng)(neng)之間的(de)(de)差(cha)異(yi)不(bu)(bu)同(tong)，對疲(pi)勞性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)影響(xiang)也不(bu)(bu)同(tong)。一般說來，易(yi)變形的(de)(de)塑性(xing)夾雜(za)物(wu)(wu)(wu)(wu)（如(ru)硫化(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)）對鋼的(de)(de)疲(pi)勞性(xing)能(neng)(neng)影響(xiang)較(jiao)小，而脆(cui)性(xing)夾雜(za)物(wu)(wu)(wu)(wu)（如(ru)氧(yang)化(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)、硅酸(suan)鹽等）則有較(jiao)大的(de)(de)危害。

比(bi)基體膨(peng)脹系(xi)數(shu)大的(de)夾雜(za)物(wu)（如(ru)硫化(hua)物(wu)）因在基體中(zhong)產生壓應力(li)而影響(xiang)(xiang)小(xiao)，而比(bi)基體膨(peng)脹系(xi)數(shu)小(xiao)的(de)夾雜(za)物(wu)（如(ru)氧化(hua)鋁等(deng)）因在基體中(zhong)產生拉應力(li)而影響(xiang)(xiang)大。

夾雜(za)物(wu)(wu)與母(mu)材結(jie)合的(de)緊(jin)密(mi)程度也(ye)會(hui)影(ying)響(xiang)疲勞強度。硫化(hua)物(wu)(wu)易于變形，和(he)母(mu)材結(jie)合緊(jin)密(mi)，而氧(yang)化(hua)物(wu)(wu)易于脫離母(mu)材，造(zao)成應力集中。由此可知，從夾雜(za)物(wu)(wu)的(de)類(lei)型來說(shuo)，硫化(hua)物(wu)(wu)的(de)影(ying)響(xiang)較小，而氧(yang)化(hua)物(wu)(wu)、氮化(hua)物(wu)(wu)和(he)硅酸鹽等則是危(wei)害較大(da)的(de)。

不(bu)同(tong)加載(zai)條(tiao)件下(xia)，夾(jia)(jia)雜(za)物(wu)對材料(liao)疲勞性(xing)能的(de)(de)影響(xiang)也不(bu)同(tong)，在高載(zai)條(tiao)件下(xia)，無論有沒有夾(jia)(jia)雜(za)物(wu)的(de)(de)存在，外加載(zai)荷(he)均足以使材料(liao)產(chan)生塑性(xing)流變(bian)，夾(jia)(jia)雜(za)物(wu)的(de)(de)影響(xiang)較小，而(er)在材料(liao)的(de)(de)疲勞極限應力范圍，夾(jia)(jia)雜(za)物(wu)的(de)(de)存在造成局部應變(bian)集中(zhong)成為塑性(xing)變(bian)形的(de)(de)控制因素，從而(er)強(qiang)烈地影響(xiang)材料(liao)的(de)(de)疲勞強(qiang)度(du)。也就是說，夾(jia)(jia)雜(za)物(wu)的(de)(de)存在主要是影響(xiang)材料(liao)的(de)(de)疲勞極限，對高應力條(tiao)件下(xia)的(de)(de)疲勞強(qiang)度(du)影響(xiang)不(bu)明顯。

材料的純凈度是由(you)熔(rong)煉(lian)工(gong)藝過程決定的，因此，采(cai)用凈化(hua)冶(ye)煉(lian)方法(fa)（如真空(kong)熔(rong)煉(lian)、真空(kong)除(chu)氣和(he)電渣重(zhong)熔(rong)等）均可有效降低鋼中的雜(za)質(zhi)含量，改善材料的疲勞性能。

8.表面性能變化及殘余應力的影響

表面狀(zhuang)態的影(ying)響除前已提及(ji)的表面光潔度外，還包(bao)括表層(ceng)機械性能的變(bian)化及(ji)殘余應力對疲勞強度的影(ying)響。表層(ceng)機械性能的變(bian)化可(ke)以是(shi)表層(ceng)化學成分和組織不同所引(yin)起(qi)，也可(ke)以是(shi)表層(ceng)因(yin)形變(bian)強化而引(yin)起(qi)。

滲碳、氮化和碳氮共滲等表面熱(re)處理(li)除了(le)可以增(zeng)加零件的耐磨性之外，還(huan)是提高零件疲勞(lao)強度，特別(bie)是提高耐腐(fu)蝕疲勞(lao)和咬蝕的一種有效(xiao)手段。

表(biao)面(mian)(mian)化(hua)學(xue)(xue)熱(re)處(chu)(chu)理對疲(pi)勞強度(du)(du)(du)的(de)影響主要取決于(yu)加載方(fang)式、滲層(ceng)中的(de)碳(tan)氮濃度(du)(du)(du)、表(biao)面(mian)(mian)硬度(du)(du)(du)及(ji)梯度(du)(du)(du)、表(biao)面(mian)(mian)硬度(du)(du)(du)與心(xin)部硬度(du)(du)(du)之(zhi)比(bi)、層(ceng)深(shen)以(yi)及(ji)表(biao)面(mian)(mian)處(chu)(chu)理所形(xing)成的(de)殘余(yu)壓應力的(de)大(da)小和(he)分布等因素(su)。大(da)量試驗表(biao)明，只要是先加工(gong)缺(que)(que)口后經化(hua)學(xue)(xue)熱(re)處(chu)(chu)理，則一般(ban)說來缺(que)(que)口越尖銳，疲(pi)勞強度(du)(du)(du)的(de)提高也越多。

不(bu)(bu)同的(de)(de)加(jia)(jia)(jia)載(zai)(zai)方式下，表(biao)(biao)(biao)面處(chu)理(li)對疲(pi)勞性(xing)能(neng)的(de)(de)影響也不(bu)(bu)同。軸向加(jia)(jia)(jia)載(zai)(zai)時(shi)，由(you)于(yu)不(bu)(bu)存在(zai)應(ying)力(li)沿層(ceng)(ceng)深(shen)分(fen)布不(bu)(bu)均的(de)(de)現象，表(biao)(biao)(biao)層(ceng)(ceng)和(he)(he)層(ceng)(ceng)下的(de)(de)應(ying)力(li)相同。在(zai)這種情況下，表(biao)(biao)(biao)面處(chu)理(li)只能(neng)改善表(biao)(biao)(biao)面層(ceng)(ceng)的(de)(de)疲(pi)勞性(xing)能(neng)，由(you)于(yu)心部材料未(wei)得到強化(hua)，因(yin)而疲(pi)勞強度的(de)(de)提高有限。在(zai)彎(wan)曲和(he)(he)扭轉(zhuan)(zhuan)條件下，應(ying)力(li)的(de)(de)分(fen)布集(ji)中于(yu)表(biao)(biao)(biao)層(ceng)(ceng)，表(biao)(biao)(biao)面處(chu)理(li)形成的(de)(de)殘余應(ying)力(li)和(he)(he)這種外(wai)加(jia)(jia)(jia)應(ying)力(li)疊(die)加(jia)(jia)(jia)，使表(biao)(biao)(biao)面實(shi)際承受的(de)(de)應(ying)力(li)降低(di)，同時(shi)，由(you)于(yu)表(biao)(biao)(biao)層(ceng)(ceng)材料的(de)(de)強化(hua)，因(yin)而能(neng)有效(xiao)地提高彎(wan)曲和(he)(he)扭轉(zhuan)(zhuan)條件下的(de)(de)疲(pi)勞強度。

和(he)滲碳、氮化(hua)以(yi)及碳氮共滲等化(hua)學(xue)熱處(chu)理相反，如果零件在(zai)熱處(chu)理過程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)脫碳，使表(biao)層(ceng)的(de)強度(du)降(jiang)(jiang)低，則會使材料的(de)疲勞強度(du)大幅度(du)降(jiang)(jiang)低。同樣，表(biao)面(mian)鍍層(ceng)（如鍍Cr、Ni等）由(you)于鍍層(ceng)中(zhong)(zhong)的(de)裂(lie)紋造成的(de)缺口效應、鍍層(ceng)在(zai)基體(ti)金屬(shu)中(zhong)(zhong)引起(qi)的(de)殘余拉應力以(yi)及電鍍過程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)氫(qing)氣(qi)的(de)浸入導到氫(qing)脆(cui)等原因，使疲勞強度(du)降(jiang)(jiang)低。

采用感應淬火(huo)、表(biao)面(mian)火(huo)焰淬火(huo)以及低(di)淬透性(xing)鋼的薄殼淬火(huo)，均(jun)可獲得一定深度的表(biao)面(mian)硬度化層，并在表(biao)層形成有(you)利的殘余壓(ya)應力，因而也是提高零件(jian)疲勞(lao)強度的有(you)效方法。

表(biao)(biao)面滾壓(ya)和噴丸等處理，由于能在試樣(yang)表(biao)(biao)面形成一定(ding)深度的形變硬化層，同(tong)時(shi)使(shi)表(biao)(biao)面產生殘余壓(ya)應力(li)，因(yin)而也是提高疲勞強(qiang)度的有(you)效途徑(jing)。

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