影响材料疲劳强度的因素有哪些？

疲劳断裂的发生，往往从最薄弱的地方开始。材料内部如果有缺陷，如裂纹、脆性夹杂物等等，疲劳就可能从这些内部薄弱的地方开始。如果材料内部组织性能均匀，无缺陷存在，疲劳就可能从表面应力集中部位开始。当然，表面的应力集中，可能是结构问题，也可能是加工损伤，或者表面裂纹等缺陷导致。1、应力集中的影响。表面对疲劳强度影响最大的是应力集中，一般是截面突变部位，如螺栓根部、轴的台阶处键槽、油孔等等，见图1。变截面部位采取圆弧过渡，降低材料的缺口敏感性，都可以有效预防这类疲劳断裂的发生。图12、表面粗糙度的影响。表面粗糙度对疲劳强度的影响也很大，这些影响因素包括，表面加工刀痕、划伤、安装损伤、撞击损伤、擦伤等等。这些不仅改变表面粗糙度，还会引起加工硬化已经应力集中，从而降低材料的抗疲劳性能。3、残余应力及表面强化的影响。表面残余应力会和外加应力叠加，产生叠加作用。残余应力如果是拉应力，会降低疲劳强度，残余应力如果是压应力，则会提高疲劳强度。表面强化处理可以在材料表面产生残余压应力，从而提高材料的抗疲劳性能。一般的表面强化方式有：喷丸、滚压、表面淬火、表面化学热处理等。喷丸示意图见图2。4、合金成分的影响。合金成分是决定材料组织的基本要素。结构钢的抗疲劳性能较高，碳元素是影响其抗疲劳性能的重要元素。碳元素可以固溶在钢中，产生固溶强化，也可以形成弥散碳化物，进行弥散强化，从而可以阻止疲劳裂纹的萌生。其它合金元素，可以固溶强化，或者提高淬透性、改善韧性，从而提高钢的疲劳强度。5、显微组织的影响。结构钢的组织对疲劳强度也有重要影响。正火组织的碳化物呈片状，在碳化物端部容易产生应力集中，疲劳强度较低；淬火后的回火组织碳化物呈颗粒状，应力集中小，其疲劳强度比正火组织高。图3为回火马氏体。图3如果淬火组织中存在非马氏体组织，如未溶铁素体和残余奥氏体，会降低疲劳强度，因为组织中的力学性能不均匀。6、冶金缺陷的影响。冶金缺陷会降低疲劳强度。这类缺陷包括：非金属夹杂物、气孔、缩孔、偏析、白点、折叠、裂纹、过烧等等。

影响材料疲劳强度的因素主要包括：

1. 应力集中：如螺栓根部、键槽等截面突变位置，这些地方如果处理不当会导致应力集中，增大疲劳断裂的风险。
2. 表面粗糙度：表面加工质量不高，如刀痕、划伤等，都可以引起局部应力集中和加工硬化，从而降低材料的抗疲劳性能。
3. 残余应力及表面强化：残余应力会与外加应力叠加，拉应力可能降低疲劳强度，而压应力可能提高疲劳强度。表面强化处理如喷丸、滚压可在表面产生压应力，提高抗疲劳性能。
4. 合金成分：如碳、钢中各种合金元素，通过固溶强化或形成弥散碳化物等方式提高材料的抗疲劳性能。
5. 显微组织：如正火与淬火后的回火组织，组织类型对疲劳强度有显著影响。回火马氏体等颗粒状碳化物组织有助于减少应力集中。
6. 冶金缺陷：非金属夹杂物、气孔、缩孔等冶金缺陷会削弱材料的整体性能，降低疲劳强度。
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