Question

弹簧力度衰减与疲劳寿命的关系

Answer 1

)屈服强度 材料的屈服强度和疲劳极限之间有一定的关系，一般来说，材料的屈服强度愈高，疲劳强度也愈高，因此，为了提高弹簧的疲劳强度应设法提高弹簧材料的屈服强度，或采用屈服强度和抗拉强度比值高的材料。对同一材料来说，细晶粒组织比粗晶粒组织具有更高的屈服强度。

　　

　　(2)表面状态 最大应力多发生在弹簧材料的表层，所以，弹簧的表面质量对疲劳强度的影响很大。弹簧材料在轧制、拉拔和卷制过程中造成的裂纹、疵点和伤痕等缺陷往往是造成弹簧疲劳断裂的原因。

　　

　　材料表面粗糙度愈小，应力集中愈小，疲劳强度也愈高。图8-13 所示为材料表面粗糙度对疲劳极限的影响。从图上可以看出，随着表面粗糙度的增加，疲劳极限下降。在同一粗糙度的情况下，不同的钢种及不同的卷制方法其疲劳极限降低程度也不同，如冷卷弹簧降低程度就比热卷弹簧小。因为钢制热卷弹簧及其热处理加热时，由于氧化使弹簧材料表面变粗糙和产生脱碳现象，这样就降低了弹簧的疲劳强度，图8-14为脱碳层深度对疲劳强度的影响。

　　

　　对材料表面进行磨削、强压、喷丸和滚压等。都可以提高弹簧的疲劳强度。

　　影响弹簧疲劳寿命的因素

　　(3)尺寸效应 材料的尺寸愈大，由于各种冷加工和热加工工艺所造成的缺陷可能性愈高，产生表面缺陷的可能性也越大，这些原因都会导致疲劳性能下降。因此在计算弹簧的疲劳强度时要考虑尺寸效应的影响。

　　

　　(4)冶金缺陷 冶金缺陷是指材料中的非金属夹杂物、气泡、元素的偏析等。存在于表面的夹杂物是应力集中源，会导致夹杂物与基体界面之间过早地产生疲劳裂纹。采用真空冶炼、真空浇注等措施，可以大大提高钢材的质量。

　　

　　(5)腐蚀介质 弹簧在腐蚀介质中工作时，由于表面产生点蚀或表面晶界被腐蚀而成为疲劳源，在变应力作用下就会逐步扩展而导致断裂。例如在淡水中工作的弹簧钢，疲劳极限仅为空气中的 10%~25%。腐蚀对弹簧疲劳强度的影响，不仅与弹簧受变载荷的作用次数有关，而且与工作寿命有关。所以设计计算受腐蚀影响的弹簧时，应将工作寿命考虑进去。

　　

　　在腐蚀条件下工作的弹簧，为了保证其疲劳强度，可采用抗腐蚀性能高的材料，如不锈钢、非铁金属，或者表面加保护层，如镀层、氧化、喷塑、涂漆等。实践表明镀镉可以大大提高弹簧的疲劳极限。

　　

　　(6)温度 碳钢的疲劳强度，从室温到120℃时下降，从120 ~350℃又上升，温度高于350℃C以后又下降，在高温时没有疲劳极限。在高温条件下工作的弹簧，要考虑采用耐热钢。在低于室温的条件下，钢的疲劳极限有所增加。