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影響疲勞斷裂的主要因素及其改善方法

①構件表面狀態(tài)
大量疲勞失效分析表明，疲勞斷裂多數起源于構件的表面或亞表面，這是由于承受交變載荷的構件工作時(shí)其表面應力往往較高，典型的是彎曲疲勞構件表面拉應力Z大，加上各類(lèi)工藝程序難以確保表面加工質(zhì)量而造成。因此，凡是制造工藝過(guò)程中產(chǎn)生預生裂紋(如浮火裂紋)、尖銳缺口(如表面祖糙度不符合要求，有加工刀痕等)和任何削弱表面強度的弊病(如表面氧化、脫碳等)都將嚴重地影響構件的疲勞壽命。而且，材料的強度越高，則表面狀態(tài)對疲勞的影響也越大。

②缺口效應與應力集中
許多構件包含有缺口、螺紋、孔洞、臺階以及與其相類(lèi)似的表面幾何形狀，也可能有刀痕、機械劃傷等表面缺陷，這些部位使表面應力提高和形成應力集中區，且往往成為疲勞斷裂的起源。

③殘余應力
如果構件表面存在著(zhù)殘余拉應力，對疲勞極為不利。但是，如果使構件表面誘發(fā)產(chǎn)生殘余壓應力，則對抗疲勞大有好處。因為殘余壓應力起著(zhù)削減表面拉應力數值的作用。一些表面熱處理工序，如表面淬火、滲碳和氮化；一些機械加工工序，如噴丸、表面、冷拔、擠壓和拋光都產(chǎn)生有利的殘余壓應力。因此，工程上經(jīng)常采用這些方法來(lái)提高構件的疲勞抗力。

④材料的成分和組織
在各類(lèi)工程材料中，結構鋼的疲勞強度Z高。在結構鋼中，疲勞強度隨著(zhù)含碳量增加而增高，鉻、鎳等也有類(lèi)似的效應。碳是影響疲勞強度的重要元素，既可間隙固溶強化基體，又可形成彌散碳化物進(jìn)行彌散強化，提高鋼材的形變抗力，阻止循環(huán)滑移帶的形成和開(kāi)裂，從而阻止疲勞裂紋的萌生和擴展，以及提高疲勞強度。其他合金元素主要通過(guò)提高鋼的淬透性和改善鋼的強韌性來(lái)改善疲勞強度。質(zhì)量均勻、無(wú)表面或內在連續性缺陷的材料組織抗疲勞性能好。

⑤工作條件
載荷頻率對疲勞強度的影響是其在一定范圍內可提高疲勞強度。

低于疲勞極限的應力稱(chēng)為次載。金屬在低于疲勞極限的應力下先運轉一定次數之后，則可以提高疲勞極限，這種次載荷強化作用稱(chēng)為次載鍛煉。這種現象可能是由于應力應變循環(huán)產(chǎn)生的硬化及局部應力集中松弛的結果。次載應力水平越接近疲勞極限，其鍛煉效果越明顯；次載鍛煉的循環(huán)周次越長(cháng)，其鍛煉效果越好，但達到一定循環(huán)周次之后效果就不再提高。

當加載應力低于并接近疲勞極限時(shí)，間歇加載提高疲勞效果比較明顯，而間歇過(guò)載加載對疲勞壽命不但無(wú)益，甚至還會(huì )降低疲勞強度。這種間歇加載影響疲勞強度的規律，可以指導制訂機器運行操作規程和檢驗規程。

溫度對疲勞強度的影響一般是溫度降低，疲勞強度升高；溫度升高，疲勞強度降低。

腐蝕環(huán)境介質(zhì)使構件表面產(chǎn)生蝕抗、微裂紋等缺陷，將會(huì )加速疲勞源萌生而促進(jìn)腐蝕疲勞。