分析影响钢的热疲劳抗力的因素
钢材疲劳强度的影响因素
钢材疲劳强度的影响因素
钢材疲劳强度是指在循环荷载作用下，钢材所能承受的最大应力值。
疲劳强度的高低直接影响着钢材的使用寿命和安全性能。
那么，影响
钢材疲劳强度的因素有哪些呢？
1.材料的化学成分
钢材的化学成分是影响其疲劳强度的重要因素之一。
一般来说，含碳
量较高的钢材疲劳强度较低，而含硅、锰等元素的钢材疲劳强度较高。
此外，钢材中的夹杂物、氧化物等也会对疲劳强度产生影响。
2.材料的热处理状态
钢材的热处理状态也会影响其疲劳强度。
一般来说，经过正火、淬火
等热处理的钢材疲劳强度较高，而退火状态下的钢材疲劳强度较低。
3.应力水平
钢材的疲劳强度与应力水平密切相关。
在相同的应力水平下，钢材的
疲劳强度越高，其使用寿命也就越长。
因此，在设计和使用钢材时，
应根据实际情况选择合适的应力水平。
4.循环次数
循环次数也是影响钢材疲劳强度的因素之一。
在相同的应力水平下，循环次数越多，钢材的疲劳强度也就越低。
因此，在设计和使用钢材时，应尽量减少循环次数，以延长其使用寿命。
5.工作温度
钢材的工作温度也会影响其疲劳强度。
一般来说，钢材在低温下的疲劳强度较高，而在高温下的疲劳强度较低。
因此，在设计和使用钢材时，应根据实际情况选择合适的工作温度。
综上所述，钢材疲劳强度受多种因素的影响，其中材料的化学成分、热处理状态、应力水平、循环次数和工作温度是比较重要的因素。
在设计和使用钢材时，应根据实际情况选择合适的钢材材料和热处理状态，并合理控制应力水平和循环次数，以延长钢材的使用寿命和提高其安全性能。
影响金属材料疲劳强度的八大因素
影响金属材料疲劳强度的八大因素Via 常州精密钢管博客影响金属材料疲劳强度的八大因素材料的疲劳强度对各种外在因素和内在因素都极为敏感。
外在因素包括零件的形状和尺寸、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。
各种因素对疲劳强度的影响是疲劳研究的重要方面，这种研究将为零件合理的结构设计、以及正确选择材料和合理制订各种冷热加工工艺提供依据，以保证零件具有高的疲劳性能。
应力集中的影响常规所讲的疲劳强度，都是用精心加工的光滑试样测得的，然而，实际机械零件都不可避免地存在着不同形式的缺口，如台阶、键槽、螺纹和油孔等。
这些缺口的存在造成应力集中，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，缺口根部的最大实际应力与名义应力的比值。
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，而且受材料的物理性质、加工、热处理等多种因素的影响。
有效应力集中系数随着缺口尖锐程度的增加而增加，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0-1，q值越小，表征材料对缺口越不敏感。
试验表明，q并非纯粹是材料常数，它仍然和缺口尺寸有关，只有当缺口半径大于一定值后，q值才基本与缺口无关，而且对于不同材料或处理状态，此半径值也不同。
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，从而降低材料的疲劳极限。
尺寸效应的存在，是把试验室小试样测得的疲劳数据运用于大尺寸实际零件中的一个重要问题，由于不可能把实际尺寸的零件上存在的应力集中、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。
高温环境下钢材疲劳性能研究
高温环境下钢材疲劳性能研究随着工业发展的进步，高温环境下钢材的应用需求日益增加。
然而，高温环境对钢材的疲劳性能产生了重要的影响，这使得对高温下钢材疲劳性能的研究变得迫切而重要。
本文将探讨高温环境对钢材疲劳性能的影响，并介绍一些相关研究成果。
高温环境下，钢材的疲劳性能会受到多种因素的影响。
第一个因素是温度。
高温会引发钢材的晶体生长，增加了晶体内部的应力集中和形变，从而削弱了材料的强度和耐久性。
除此之外，高温还会降低钢材的热处理效果，加剧了材料的应力集中和疲劳破坏。
另一个影响钢材疲劳性能的因素是热胀冷缩。
在高温环境下，钢材会因为热胀而膨胀，而在冷却时会因为冷缩而收缩。
这种热胀冷缩过程会导致钢材表面和内部出现温度和应力差异，从而加剧了钢材的应力集中和疲劳破坏。
此外，高温环境下的氧化也会严重损害钢材的疲劳性能。
在高温下，钢材表面会出现氧化层，这会降低钢材的强度和韧性。
此外，氧化层还会增加钢材表面的摩擦和腐蚀，从而导致疲劳破坏。
钢材在高温环境下的疲劳性能研究已经取得了一些重要进展。
一种常用的方法是通过热疲劳试验来研究钢材在高温下的疲劳性能。
热疲劳试验通常是将试样置于高温环境中的特定应力状态下进行循环加载，然后观察试样的失效情况。
通过这种方法，可以确定钢材在不同温度下的疲劳强度和寿命。
除了热疲劳试验，还有一些其他的研究方法被用于高温环境下钢材疲劳性能的研究。
一种方法是用扫描电子显微镜（SEM）来观察钢材的微观结构和断口形貌。
通过观察断口形貌，可以了解钢材在高温下的疲劳破坏机制。
同时，也可以使用X 射线衍射仪（XRD）来研究钢材在高温环境下的晶体结构和相变行为。
高温环境下钢材疲劳性能研究的结果对于工程实践具有重要的指导意义。
通过理解和掌握钢材在高温环境下的疲劳破坏机制，可以进行更合理的材料选择和结构设计，从而提高工程项目的安全性和可靠性。
此外，研究高温环境下钢材疲劳性能也为开发更耐高温材料提供了关键的技术支持。
低合金钢筋钢的热循环疲劳性能研究
低合金钢筋钢的热循环疲劳性能研究热循环疲劳是材料在高温和变温环境下受到循环加载而引起的疲劳破坏。
在一些工业领域，如汽车发动机、航空航天等，材料需要承受高温和循环加载的工况，低合金钢筋钢的热循环疲劳性能研究因此具有重要的实际意义。
低合金钢筋钢是一种具有良好强度和韧性的材料，广泛应用于建筑、桥梁和其他工程结构中。
然而，在高温和循环加载工况下，低合金钢筋钢容易受到热循环疲劳的影响，导致损伤和失效。
因此，对低合金钢筋钢的热循环疲劳性能进行研究，可以为提高材料的使用寿命和安全性提供理论依据和技术支持。
研究发现，低合金钢筋钢的热循环疲劳性能受到多种因素的影响，包括温度、应力水平、循环次数和材料组织等。
首先，温度是影响热循环疲劳性能的重要因素之一。
随着温度的升高，材料的强度和韧性会发生变化，从而影响其热循环疲劳寿命。
其次，应力水平也对热循环疲劳性能有显著影响。
在同一温度下，应力水平越高，热循环疲劳寿命越短。
此外，循环次数的增加也会导致热循环疲劳性能的下降。
最后，材料的组织结构对热循环疲劳性能起着重要的影响。
在相同的温度和应力水平下，不同的材料组织结构具有不同的热循环疲劳寿命。
在研究低合金钢筋钢的热循环疲劳性能时，可以运用一系列实验方法和数值模拟技术来获取相关数据和分析结果。
实验方法包括高温拉伸试验、热循环疲劳试验和金相分析等。
高温拉伸试验可用于确定材料的力学性能和热变形规律，为研究热循环疲劳性能提供基础数据。
热循环疲劳试验可以对材料在高温和循环加载下的疲劳寿命进行评估，从而研究其热循环疲劳性能。
金相分析可以观察材料的组织结构和微观缺陷，为进一步分析热循环疲劳行为提供参考。
另外，数值模拟技术如有限元分析可以模拟热循环疲劳行为，预测材料的寿命和损伤位置，为优化材料设计提供指导。
为了提高低合金钢筋钢的热循环疲劳性能，可以采取一系列措施。
首先，优化材料的组织结构。
合理的热处理工艺可以改善材料的显微组织，提高其热循环疲劳性能。
模具钢的介绍
常见的热作/冷作模具钢材料价格及应用场景介绍热加工合金钢一、冷作模具钢冷作模具钢包括制造冲裁用的模具（落料冲孔模、修边模、冲头、剪刀）、冷镦模和冷挤压模、压弯模及拉丝模等。
1.冷作模具钢的工作条件及性能要求冷作模具钢在工作时．由于被加工材料的变形抗力比较大，模具的工作部分承受很大的压力、弯曲力、冲击力及摩擦力。
因此，冷作模具的正常报废原因一般是磨损．也有因断裂、崩力和变形超差而提前失效的。
冷作模具钢与刃具钢相比．有许多共同点。
要求模具有高的硬度和耐磨性、高的抗弯强度和足够的韧性，以保证冲压过程的顺利进行、其不同之处在于模具形状及加工工艺复杂．而且摩擦面积大，磨损可能性大，所以修磨起来困难。
因此要求具有更高的耐磨性。
模具工作时承受冲压力大，又由于形状复杂易于产生应力集中，所以要求具有较高的韧性；模具尺寸大、形状复杂．所以要求较高的淬透性、较小的变形及开裂倾向性。
总之，冷作模具钢在淬透性、耐磨性与韧性等方面的要求要较刃具钢高一些．而在红硬性方面却要求较低或基本上没要求（因为是冷态成形），所以也相应形成了一些适于做冷作模具用的钢种，例如发展了高耐磨、微变形冷作模具用钢及高韧性冷作模具用钢等。
2.钢种的选择通常按冷作模具的使用条件，可以将钢种选择分为以下四种情况：（1）尺寸小、形状简单、轻负荷的冷作模具。
例如小冲头，剪落钢板的剪刀等可选用T7A、T8A、T10A、T12A等碳素工具钢制造。
这类钢的优点是；可加工性好、价格便宜、来源容易。
但其缺点是：淬透性低、耐磨性差、淬火变形大。
因此，只适于制造一些尺寸小、形状简单、轻负荷的工具以及要求硬化层不深并保持高韧性的冷作模等。
（2）尺寸大、形状复杂、轻负荷的冷作模具。
常用的钢种有9SiCr、CrWMn、GCr15及9Mn2V等低合金刃具钢。
这些钢在油中的淬透直径大体上可达40mm以上。
其中9Mn2V钢是我国近年来发展的一种不含Cr的冷作模具用钢．可代替或部分代替含Cr的钢。
影响钢材疲劳强度的因素
影响钢材疲劳强度的因素来源：互联网 | 作者： | 2007-10-29| 编辑： admin一、工作条件1．载荷频率：在一定范围内可以提高疲劳强度；2．次载锻炼：低于疲劳极限的应力称为次载。
金属在低于疲劳极限的应力下先运转一定次数之后，则可以提高疲劳极限，这种次载荷强化作用称为次载锻炼。
这种现象可能是由于应力应变循环产生的硬化及局部应力集中松弛的结果。
3．温度：温度降低，疲劳强度升高，温度升高，疲劳强度降低。
4．腐蚀介质：具有腐蚀性的环境介质因使金属表面产生蚀坑缺陷，将会降低材料疲劳强度而产生腐蚀疲劳。
腐蚀疲劳曲线无水平线段．即不存在无限寿命的疲劳极限，只有条件疲劳极限。
二．表面状态及尺寸因素的影响1.应力集中：机件表面的缺口应力集中，往往是引起疲劳破坏的主要原因。
一般用Kt表示应力集中程度，用Kf和qf说明应力集中对疲劳强度的影响程度。
2.表面状态（1）表面粗糙度:愈低，材料的疲劳极限愈高；愈高，疲劳极限愈低。
材料强度愈高，表面粗糙度对疲劳极限的影响愈显著。
表面加工方法不同，所得到的粗糙度不同。
（2）抗拉强度:愈高的材料，加工方法对其疲劳极限的影响愈大。
因此，用高强度材料制造受循环载荷作用的机件时，其表面必须经过更加仔细的加工，不允许有刀痕、擦伤或者大的缺陷，否则会使疲劳极限显著降低。
3．尺寸因素：机件尺寸对按劳强度也有较大的影响，在弯曲、扭转载荷作用下其影响更大。
一般来说，随着机件尺寸的增大，其疲劳强度下降，这种现象称为疲劳强度尺寸效应。
其大小可用尺寸效应系数表示。
三．表面强化及残余应力的影响表面强化处理具有双重作用：提高表层强度；提供表层残余压应力，抵消一部分表层拉应力。
焊接工艺技术 2009年8月29日关键字：摘要: 为了提高焊接结构疲劳性能，通过试验比较了经超声冲击的X65管线钢对接接头试样和未经此处理的原始焊态对接接头试样疲劳强度及在同样应力范围下的疲劳寿命。
试验的统计结果表明，经过超声冲击处理的试样，其疲劳强度相对未冲击试样提高37。
影响钢材性能的因素
（4） 温度影响
钢材对温钢材的低温性能更重要。
在正温范围，总的趋势是随着温度的升高，钢材强 度降低，变形增大。约在200℃以内钢材性能没有很大变
第二章 建筑结构材料
本章主要内容
1.影响钢材力学性能的主要因素
1
1.影响钢材力学性能的主要因素 影响钢材力学性能的因素有很多，本节主要讨论化学 成分、冶金缺陷、钢材硬化、应力集中、残余应力、温度 变化及疲劳对钢材性能的影响。
（1）化学成分 碳：形成钢材强度的主要成分。碳含量提高，则钢 材强度提高，但同时钢材的塑性、韧性、冷弯性能、可焊 性及抗锈蚀能力下降，尤其是低温下的冲击韧性也会降低。
“热脆”：硫能生成易于熔化的硫化铁，当热加工及 焊接使温度达800～1000℃时，使钢材出现裂纹、变脆的 现象。
“冷脆”：在低温时，磷使钢材的冲击韧性大幅度下
降的现象。 氧和氮：钢中的有害杂质。氧能使钢热脆，氮能使钢 冷脆。
（2）冶金缺陷的影响 常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹、
分层等，都会使钢材性能变差。
（4）冲击韧性 韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力。韧性是钢材强度和
塑性的综合指标。
冲击韧性随温度的降低而下降。其规律是开始下降缓 慢，当达到临界温度时，突然呈脆性，这种性质称为钢材 的冷脆性。钢材的脆性临界温度越低，低温冲击韧性越好。 对于直接承受动荷载而且可能在负温下工作的重要结 构，应有冲击韧性保证。
3.建筑钢材的设计指标 （1）钢筋的强度标准值和强度设计值 材料强度标准值：正常情况下可能出现的最小材料
冷作模具钢与热作模具钢的成分区别
冷作模具钢与热作模具钢的成分区别一、冷作模具钢冷作模具钢包括制造冲截用的模具（落料冲孔模、修边模、冲头、剪刀）、冷镦模和冷挤压模、压弯模及拉丝模等。
1.冷作模具钢的工作条件及性能要求冷作模具钢在工作时，由于被加工材料的变形抗力比较大，模具的工作部分承受很大的压力、弯曲力、冲击力及摩擦力。
因此，冷作模具的正常报废原因一般是磨损，也有因断裂、崩力和变形超差而提前失效的。
冷作模具钢与刃具钢相比，有许多共同点。
要求模具有高的硬度和耐磨性、高的抗弯强度和足够的韧性，以保证冲压过程的顺利进行、其不同之处在于模具形状及加工工艺复杂，而且摩擦面积大，磨损可能性大，所以修磨起来困难。
因此要求具有更高的耐磨化模具工作时承受冲压力大，又由于形状复杂易于产生应力集中，所以要求具有较高的韧性；模具尺寸大、形状复杂，所以要求较高的淬透性、较小的变形及开裂倾向性。
总之，冷作模具钢在淬透性、耐磨性与韧性等方面的要求要较刃具钢高一些，而在红硬性方面却要求较低或基本上没要求（因为是冷态成形），所以也相应形成了一些适于做冷作模具用的钢种，例如，发展了高耐磨、微变形冷作模具用钢及高韧性冷作模具用钢等。
下面结合有关钢种选用进一步说明。
2.钢种选择通常接冷作模具的使用条件，可以将钢种选择分为以下四种情况：（1）尺寸小、形状简单、轻负荷的冷作模具。
例如，小冲头，剪落钢板的剪刀等可选用T7A、T8A、T10A、T12A等碳素工具钢制造。
这类钢的优点是；可加工性好、价格便宜、来源容易。
但其缺点是：淬透性低、耐磨性差、淬火变形大。
因此，只适于制造一些尺寸小、形状简单、轻负荷的工具以及要求硬化层不深并保持高韧性的冷像模等。
（2）尺寸大、形状复杂、轻负荷的冷作模具。
常用的钢种有9SiCr、CrWMn、GCr15及9Mn2V等低合金刃具钢。
这些钢在油中的淬透直径大体上可达40mm以上。
其中9Mn2V钢是我国近年来发展的一种不含Cr的冷作模具用钢，可代替或部分代替含Cr的钢。
影响金属材料疲劳强度大小的因素.
影响金属材料疲劳强度大小的因素由于疲劳断裂通常是从机件最薄弱的部位或外部缺陷所造成的应力集中处发生, 因此疲劳断裂对许多因素很敏感,例如,循环应力特性、环境介质、温度、机件表面状态、内部组织缺陷等,这些因素导致疲劳裂纹的产生或速裂纹扩展而降低疲劳寿命。
为了提高机件的疲劳抗力, 防止疲劳断裂事故的发生, 在进行机械零件设计和加工时, 应选择合理的结构形状, 防止表面损伤, 避免应力集中。
由于金属表面是疲劳裂纹易于产生的地方,而实际零件大部分都承受交变弯曲或交变扭转载荷, 表面处应力最大。
因此, 表面强化处理就成为提高疲劳极限的有效途径。
由于工程实际的要求, 对疲劳的研究工作已逐渐从正常条件下的疲劳问题扩展到特殊条件下的疲劳问题,如腐蚀疲劳、接触疲劳、高温疲劳、热疲劳、微动磨损疲劳等。
对这些疲劳及其测试技术还在广泛进行研究,并已逐步标准化镀锌钢板的质量检验标准优质品级镀锌板的质量要求包括规格尺寸、外观、镀锌量、化学成份、板形、机械性能和包装等几个方面。
1.包装分为切成定尺长度的镀锌板和带卷镀锌板包装两种。
一般铁皮包装, 内衬防潮纸, 外以铁腰子捆扎,捆扎牢靠,以防内装镀锌板相互摩擦2.规格尺寸有关产品标准 (以下述及都列明镀锌板推荐的标准厚度、长度和宽度及其允许偏差。
另外, 板的宽度和长度、卷的宽度也可按用户要求确定。
3.外观表面状态:镀锌板由于涂镀工艺中处理方式不同,表面状态也不同,如普通锌花、细锌花、平整锌花、无锌花以及磷化处理的表面等。
切成定尺长度的镀锌板及镀锌卷板不得存在影响使用的缺陷(以下详述 ,但卷板允许有焊接部位等若干不正常部分。
4.镀锌量镀锌量标准值:镀锌量是表示镀锌板锌层厚度的一个普遍采用的有效方法。
有两面镀锌量相同(即等厚镀锌和两面镀锌量不同(即差厚镀锌两种。
镀锌量的单位为g/m2。
5.机械性能(1抗拉试验:一般说来,只有结构用、拉伸用和深拉伸用镀锌板有抗拉性能要求。
(2弯曲试验:是衡量薄板工艺性能的主要项目。
钢材疲劳强度的影响因素
钢材疲劳强度的影响因素1. 引言钢材作为一种常见的结构材料，广泛应用于建筑、桥梁、汽车、航空等领域。
在使用过程中，钢材往往需要承受循环加载的作用，这会导致钢材的疲劳破坏。
疲劳破坏是由于材料在循环加载下产生的微小裂纹逐渐扩展，最终导致失效。
钢材的疲劳强度是指在循环加载下，材料能够承受的最大应力水平。
了解钢材疲劳强度的影响因素，对于设计和使用钢材结构具有重要的意义。
本文将综合论述影响钢材疲劳强度的主要因素，包括材料的组织结构、表面状态、加载条件和环境介质等。
通过深入研究这些影响因素，可以为改进钢材的疲劳强度提供理论依据和工程指导。
2. 影响因素2.1 材料的组织结构钢材的组织结构是影响其疲劳强度的重要因素之一。
一般来说，细晶粒的钢材具有较高的疲劳强度，而粗晶粒的钢材则具有较低的疲劳强度。
细晶粒的钢材由于晶界较多，能够阻碍裂纹的扩展，从而提高了疲劳强度。
此外，钢材的非金属夹杂物和缺陷也会对疲劳强度产生影响。
夹杂物和缺陷会导致应力集中，从而加速裂纹的扩展，降低了钢材的疲劳强度。
因此，在生产和加工过程中，需要通过适当的热处理和控制工艺参数，减少夹杂物和缺陷的形成。
2.2 表面状态钢材的表面状态对疲劳强度也有重要影响。
不良的表面加工和缺乏保护层会导致表面裂纹和腐蚀，从而降低钢材的疲劳强度。
因此，在使用钢材之前，需要采取适当的表面处理措施，例如喷涂防腐漆、镀锌等，以提高钢材的表面质量。
此外，表面的残余应力也会对疲劳强度产生影响。
残余应力可以通过冷加工、热处理等工艺产生，如果残余应力较大且处于表面附近，会导致应力集中和裂纹的扩展。
因此，对于需要承受循环加载的钢材结构，需要进行合适的残余应力处理，以减小其对疲劳强度的影响。
2.3 加载条件钢材的加载条件是影响其疲劳强度的重要因素之一。
加载条件包括加载幅值、加载频率和加载形式。
加载幅值是指循环加载中应力的最大值和最小值之间的差值。
一般来说，加载幅值越大，钢材的疲劳强度越低。
钢结构疲劳分析
钢结构疲劳问题
其他原因： 行动活荷载； 焊接缺陷：孔洞、夹渣等； 成型控制缺陷（冲孔、剪边、气割）； 几何截面的突然变形； 地震的对结构的反复摇摆，温度变化。
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钢结构疲劳问题
疲劳计算原则
安全寿命法：先估计一个荷载谱，然后通过分析和实验找出 关键构件在这一荷载普下的语气寿命，在引入安全系数以得 到安全寿命，安全寿命决定使用期限，就够后构件到安全寿 命就要报废或者更换，使用于飞机设计。
钢结构疲劳问题
疲劳现象 fatigue
在连续反复（循环）荷载 作用下，当应力低于抗拉 强度甚至低于屈服强度便 发生突然脆性断裂。这种 现象称钢材疲劳破坏。
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钢结构疲劳问题
必要性：
现代各个工业领域中，80%以上的结构破坏是由于疲劳造成。 1967年12月15日，美国西弗吉利亚州的Point Pleasant大桥在没 有任何征兆的情况下突然倒塌，造成46人死亡，调查结果显示 是由于一拉杆下缘产生解理断裂。
损伤安全法：在结构的莫一部分出现裂缝时，保证在裂缝被 发现前其他部分还能安全的承载，局部性的破坏不会危及到 整个结构，因此要常常检查，若不能则按概率一倍标准差确 定容许应力。
使用寿命法：类似于安全寿命法，但是当结构到达安全寿命 时不立即报废，并且承认道道安全寿命前有可能出现疲劳裂 缝，一般不对结构做疲劳实验而是利用典型构造细节实验的 结果做出分析计算，用于土建。
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钢结构疲劳问题
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钢结构疲劳问题
疲劳强度与应力循环次数（疲劳寿命）的关系
为保证疲劳寿命，在设计基准期内应力循环次数N应大于规定的 疲劳极限，如国际焊接学会（IIW）和国际标准化组织（ISO） 建议N=5×106次为疲劳极限。
我国钢结构规范以N=105作为承受动力荷载重复作用的钢结构构 件（如吊车梁，吊车桁架和工作平台梁等）及其连接所具有的 最小疲劳极限。因此，当设计要求的应力循环次数N≥105时， 应进行疲劳验算。
影响钢材性能的因素
影响钢材性能的因素一、化学成分的影响碳素结构钢由纯铁、碳及多种杂质元素组成。
其中，纯铁约占99%。
在低合金结构钢中，还可加入合金元素，但总量通常不得超过5%。
钢材的化学成分对其性能有着重要的影响。
C）（1）碳（C）是形成钢材强度的主要成分。
纯铁较软，而化合物渗碳体（Fe3及渗碳体与纯铁的混合物珠光体则十分坚硬，钢的强度来自渗碳体和珠光体。
碳含量提高，钢材强度就会提高，但塑性、韧性、冷弯性能、可焊性及抗锈蚀性能下降，因此不能采用碳含量过高的钢材。
含碳量低于0.25%时为低碳钢、0.25%～0.6%时为中碳钢、高于0.6%时为高碳钢，结构用钢材的含碳量一般不高于0.22%，对于焊接结构，以不大于0.2%为宜。
（2）锰（Mn）是有益元素，能显著提高钢材强度但又不会过多降低塑性和韧性。
锰是弱脱氧剂，且能消除硫对钢的热脆影响。
在低合金钢中，锰是合金元素，含量为1.0%～1.7%，因锰过多时会降低可焊性，故对其含量有所限制。
（3）硅（Si）是有益元素，有较强的脱氧作用，同时可使钢材颗粒变细，控制适量时可以提高强度而不显著影响塑性、韧性、冷弯性能及可焊性，过量则会恶化可焊性和抗锈蚀性能，碳素镇静钢中一般为0.12%～0.3%，低合金钢中一般为0.2%～0.55%。
（4）钒（V）、铌（Nb）、钛（Ti）的作用都是使钢材晶粒细化。
我国的低合金钢都含有这三种元素，它们作为锰以外的合金元素，既可以提高钢材的强度，又可以保持良好的塑性、韧性。
（5）铝（Al）、铬（Cr）、镍（Ni）。
铝不但是强脱氧剂，而且能细化晶粒，低合金钢的C级、D级、E级都规定铝含量不得低于0.015%，以保证必要的低温韧性。
铬和镍是提高钢材强度的合金元素，用于Q390钢和Q420钢。
（6）硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮（N）都是有害元素。
硫容易使钢材在高温时出现裂纹（称为热脆），还会降低钢材的韧性、抗疲劳性能和抗腐蚀性能，必须严格控制含量。
磷在低温下会使钢材变脆（称为冷脆），但也有有益的一面，其可以提高钢的强度和抗锈蚀能力，有时也可以作为合金元素。
热处理工艺对金属材料抗疲劳性能影响分析
热处理工艺对金属材料抗疲劳性能影响分析摘要：近年来，金属工程建设的发展迅速，热处理是机械制造过程中最重要的环节之一，对金属进行热处理可以使得其性能得到有效提升。
在机械工业中，钢铁具有相对较多的实际应用，并且其微观结构相比于其他金属材料更加的复杂，因此必须对金属进行热处理使得其性能得到进一步优化。
文章选取了有代表性的钢铁材料，对其进行热处理并进行具体的分析和研究。
关键词：热处理工艺；金属材料抗疲劳；性能影响分析引言在金属材料生产制造过程中，热处理是最关键的一步，约占生产过程的四分之一，这个过程中对于电能的消耗也是非常巨大的，相关数据显示，在2019年的前八个月中，工业用电量已经超过了三万亿千瓦时，在消耗的大量电能中，金属热处理所消耗的电能将近一半，在金属热处理过后，还会对环境造成污染。
近些年来，我国可持续发展战略不断的深入，营造一个和谐、美好的环境已经成为重点。
为了响应国家相关政策，金属材料行业也在不断的进行技术改进，希望可以在降低能耗的同时减轻对环境的污染，为工业制造的发展、为国家的可持续发展做出贡献。
1金属材料热处理变形的影响因素在金属材料的热处理过程中，影响金属材料变形的主要因素有：（1）温度的影响，金属材料具有其自身的临界加热温度点，并且在金属材料进行热处理之后，随着热处理温度的降低，耐高温性逐渐降低。
在某个临界温度点，金属材料的热应力及结构的张力不断变化导致金属材料的性能受到严重影响，温度是热处理过程中金属材料变形的重要因素。
（2）冷却介质的影响，金属材料的大多数热处理过程中重要的一环就是淬火介质的使用，但搅拌方法和高速冷却介质的速率等因素也会影响材料的变形，最终由于材料组织的改变导致金属材料本身的变化。
在进行大量有关实验后，可以得到冷却剂对金属材料的稳定性会产生重要的作用。
（3）预处理的间接作用，进行具体的加工步骤之前，某些材料需要经过预处理，以消除金属材料的原始内部张力。
通常，预处理的工艺技术是一种标准化方法。
热疲劳性能的影响因素
国外的研究表明 ,提高断裂韧性有利于提高热作模 具钢的疲劳裂纹扩展抗力和热疲劳开裂抗力。据 此,可以采用高温淬火来改善热疲劳性能。例如H13 钢,正常淬火加热温度为1020℃~1050℃,而采用 1130℃,甚至1200℃高温加热后淬火,可以减少碳化 物体积份数,并使碳化物颗粒细小,粒子间距增大,减 少孪晶马氏体数量,这些都有利于提高断裂• 上贝氏体球铁，下贝氏体球铁，珠光体球铁，铁素 基体球铁中，后者的抗热疲劳性能最好。相基体组 织由于不同相之间存在着性能差异，以及复相组织 容易产生分解，分解产生的相变应力和热应力叠加 作用会加速球铁的热疲劳失效。
热疲劳性能的影响因素
杂质对热疲劳性能的影响
• 以钢为例，硫对其热疲劳性能有较大的影响。这主 要取决于硫化物的形态，如果硫化物以单一球粒状 态存在,这也许无关紧要,但若钢经过高温下强烈的 热变形加工(如热轧),硫化物的形态会沿着轧制方向 呈纤维状分布。硫化物几何尺寸的这种高纵横比容 易导致模具表面产生高的应力,并为产生疲劳裂纹 提供了扩展路 径。一旦模具在淬火冷却、服役时 高速铝液冲击和循环加热与冷却等外界作用下,模 具表面便容易产生热疲劳龟裂。另外，硫化物夹杂 断裂时形成微孔后的聚集长大将降低断裂韧性,从 而也降低热疲劳性能。
第二相组织对热疲劳性能的影响
• 以球墨铸钢为例，石墨体积分数的增大有益于其热 疲劳性能的提高 ,这也正是球墨铸钢热 疲劳性能优 于传统铸钢的关键所在 ;碳化物体积分数增加则削 弱其热疲劳性能。因此 ,对要求一定耐磨性且在热 循环条件下工作的零 部件,在注意保证相应耐磨性 的同时,应正确选择石墨化元素及反石墨化元素的 合理配合,以控制碳化物体积分数,从而充分发挥球 墨铸钢的热疲劳抗力。
热处理对热疲劳性能的影响
• 根据Coffin关系式,对于材料塑性应变幅一定的 情况下,热疲劳寿命主要取决于材料的韧塑性。 因此,对于5%Cr系钢,在保持足够高强度的前提 下,制定热处理的工艺制度应充分考虑到使钢 获得较好的韧塑性。控制淬火冷却方式就成 为使钢获得较好韧塑性的一项关键工艺手段， 从而提升其热疲劳性能。
影响金属材料疲劳强度的八大因素
影响金属材料疲劳强度的八大因素材料的疲劳强度对各种外在因素和内在因素都极为敏感。
外在因素包括零件的形状和尺寸、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。
各种因素对疲劳强度的影响是疲劳研究的重要方面，这种研究将为零件合理的结构设计、以及正确选择材料和合理制订各种冷热加工工艺提供依据，以保证零件具有高的疲劳性能。
1.应力集中的影响常规所讲的疲劳强度，都是用精心加工的光滑试样测得的，然而，实际机械零件都不可避免地存在着不同形式的缺口，如台阶、键槽、螺纹和油孔等。
这些缺口的存在造成应力集中，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，缺口根部的最大实际应力与名义应力的比值。
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，而且受材料的物理性质、加工、热处理等多种因素的影响。
有效应力集中系数随着缺口尖锐程度的增加而增加，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0-1，q值越小，表征材料对缺口越不敏感。
试验表明，q 并非纯粹是材料常数，它仍然和缺口尺寸有关，只有当缺口半径大于一定值后，q值才基本与缺口无关，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，从而降低材料的疲劳极限。
尺寸效应的存在，是把试验室小试样测得的疲劳数据运用于大尺寸实际零件中的一个重要问题，由于不可能把实际尺寸的零件上存在的应力集中、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。
高速工具钢的高温疲劳行为研究
高速工具钢的高温疲劳行为研究高速工具钢是一种常用于高温工作环境下的材料，因此对其高温疲劳行为的研究具有重要的意义。
本文将对高速工具钢在高温环境下的疲劳行为进行探讨，并对其影响因素进行分析。
高温疲劳是材料在高温条件下受到循环加载而产生的疲劳破坏行为。
对于高速工具钢来说，高温疲劳行为的研究可以为其在高温工作环境下的应用提供科学依据。
高温疲劳引起的疲劳破坏往往是渐进性的，首先在材料表面产生微裂纹，然后逐渐扩展并最终导致材料失效。
高温疲劳行为的研究中，温度是一个重要的影响因素。
高温环境下，材料的力学性能会发生变化，其中最主要的是强度和塑性。
高温会降低材料的强度和硬度，增加材料的塑性变形，从而加剧材料的疲劳破坏。
此外，温度还会导致材料晶粒的生长与再结晶，从而影响材料的微观结构和力学性能。
除了温度，载荷是另一个重要的影响因素。
高速工具钢通常在高温环境下承载较大的载荷，这就要求材料具有良好的抗疲劳性能。
载荷的大小和作用方式将直接影响到高速工具钢的高温疲劳行为。
较大的载荷会增加材料的应力水平，导致材料在高温下更容易疲劳破坏。
而不同的载荷作用方式，如拉伸、压缩、剪切等，也会对高温疲劳行为产生不同的影响。
此外，材料的化学成分和工艺处理也会对高温疲劳行为产生影响。
高速工具钢中添加的合金元素可以提高材料的强度和硬度，同时也会影响材料的高温疲劳性能。
而工艺处理可以改变材料的组织结构和相变行为，进一步影响高温疲劳行为。
针对高速工具钢的高温疲劳行为的研究，通常会采用疲劳试验来评估其性能。
疲劳试验会对样品进行循环加载，以模拟实际工作条件下的疲劳破坏。
通过观察样品在疲劳过程中的损伤和失效行为，可以对高速工具钢的高温疲劳行为进行评估和分析。
在研究高速工具钢的高温疲劳行为时，还可以采用如扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等材料表征技术来观察材料的组织结构和微观损伤行为。
这些表征技术可以为研究者提供关于材料疲劳行为机制的更详细的信息。
06 钢结构疲劳
接后又经热处理消除残余应力、低周高应变疲劳条件等)钢构件及其连接疲劳计算。
高周疲劳（应力疲劳）——工作应力小于fy，没有明显的塑性变形，寿命大于105 次以 上（本规范）。典型对象：吊车梁、桥梁、海洋平台等在日常荷载下的疲劳破坏 低周疲劳（应变疲劳）——工作应力达到或大于fy，有较大的塑性变形，寿命在105 次 以内，甚至几百次、几十次。典型对象：强烈地震下的一般钢结构疲劳破坏。
疲劳断裂过程
非焊接结构 三阶段 裂纹形成
沙滩条纹 粗糙区
裂纹稳定扩展
裂纹失稳 扩展断裂
焊接结构 二阶段
本身存在类似 裂纹的缺陷
典型疲劳断口
光滑区 — 裂纹扩展过程中不断张开闭合，两表面互相碾磨而成。 粗糙区 — 截面削弱，不能承载而拉断形成。
影响疲劳强度的因素
项次 1 2 3 4 5 6 7 因素 循环次数 N ↑ 应力集中↑ 尺寸、板厚↑ 环境条件↓ 应力比ρ↓ 最大应力σmax↑ 应力幅△σ↑ 非焊接结构 有 有 有 有 有 有 有 焊接结构 有 有 有 有 影响方式 疲劳强度↓ 疲劳强度↓ 疲劳强度↓ 疲劳强度↓ 疲劳强度↓ 寿命N ↓ 寿命N ↓
而导致构件截面削弱和剧烈的应力集中，最终晶体内部的结合力无法抵
抗峰值应力，钢材突然断裂。 疲劳强度——钢材在某一连续反复荷载作用下，经过一定次数的循环后
出现疲劳破坏，相应的最大应力。疲劳强度与荷载循环次数有关。
疲劳极限——当循环次数为无限大时的最大应力
。
疲劳寿命—给定条件下直至疲劳破坏时的应力循环次数——期望值
钢结构疲劳
第6.2.3条：吊车梁的近似常幅疲劳验算
1、适用于重级工作制吊车梁和重级、中级工作制吊车桁架，吊车运转不是满荷载，而 有“欠载”情况， 2、经长期实测和统计分析，可统一以循环次数为2×106 的预期使用寿命为基准，引 入对应的欠载效应的等效系数 后，转化为常幅疲劳
钢结构材料疲劳分析
钢结构材料疲劳分析钢结构是工程中常见的一种结构形式，具有强度高、稳定性好等特点，常用于建筑、桥梁、机械设备等领域。
在使用过程中，钢结构可能会受到变化的荷载作用，长时间的循环载荷会导致疲劳现象的产生，进而影响结构的安全性。
因此，对钢结构材料的疲劳分析显得尤为重要。
1. 疲劳破坏机理疲劳破坏是指在循环载荷作用下，结构或材料经过多次应力循环后发生破坏的现象。
疲劳破坏的机理主要包括应力集中、裂纹扩展和最终破坏三个阶段。
在应力集中阶段，材料局部受到较高的应力，导致应力集中现象，进而使材料表面产生微小的裂纹。
随着循环载荷的不断作用，裂纹逐渐扩展，并最终导致破坏。
2. 疲劳分析方法（1）S-N曲线法：S-N曲线是指应力振幅与循环次数之间的关系曲线，通常用来描述材料的疲劳性能。
通过实验获得的S-N曲线可以帮助工程师预测材料在不同应力水平下的寿命。
（2）裂纹扩展速率法：裂纹扩展速率是指裂纹在单位时间内扩展的长度，通过裂纹扩展速率的研究可以评估材料的疲劳寿命和裂纹扩展的规律。
（3）应力比法：应力比是指最小与最大应力之比，在疲劳分析中，应力比对材料的疲劳性能具有重要影响，工程师通过引入应力比来评估材料在不同应力状态下的寿命。
3. 疲劳分析实例以一座桥梁为例，桥梁在使用过程中会受到车辆的荷载，随着车辆的来往，桥梁结构会不断受到循环载荷的作用，可能导致疲劳破坏。
通过对桥梁的疲劳分析，工程师可以确定桥梁的疲劳荷载范围，预测桥梁的疲劳寿命，从而采取有效的维护措施，保障桥梁的安全可靠。
4. 结语钢结构材料的疲劳分析是工程中的重要课题，通过研究疲劳破坏机理和采用合适的疲劳分析方法，可以有效预测材料的疲劳寿命，保障结构的安全运行。
工程师在设计和维护钢结构时，应加强对疲劳分析的重视，确保结构的稳定性和可靠性。
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分析影响钢的热疲劳抗力的因素
模的工作状态是反复受热和冷却，从而使模腔表层金属产生反复的热胀冷缩，即反复承受拉压应力作用．其结果引起模腔表面出现龟裂，称为热疲劳现象，由此，对热模具钢提出了第二个基本使用性能要求．即具有高的热疲劳抗力。
一般说来，影响钢的热疲劳抗力的因素主要有：
①钢的导热性。
钢的导热性高，可使模具表层金属受热程度降低，从而减小钢的热疲劳倾向性。
一般认为钢的导热性与含碳量有关，含碳量高时导热性低，所以热作模具钢不宜采用高碳钢。
在生产中通常采用中碳钢（C0.3%5～0.6%）合碳量过低．会导致钢的硬度和强度下降．也是不利的。
②钢的临界点影响。
通常钢的临界点（Acl）越高．钢的热疲劳倾向性越低。
因此．一般通过加入合金元素Cr、W、Si、引来提高钢的临界点。
从而提高钢的热疲劳抗力。
模腔表层金属受热。
通常锤锻模工作时．其模腔表面温度可达300～400℃以上热挤压模可达500一800℃以上；压铸模模腔温度与压铸材料种类及浇注温度有关。
如压铸黑色金属时模腔温度可达1000℃以上。
这样高的使用温度会使模腔表面硬度和强度显著降低，在使用中易发生打垛。
为此．对热模具钢的基本使用性能要求是热塑变抗力高，包括高温硬度和高温强度、高的热塑变抗力，实际上反映了钢的高回火稳定性。
由此便可以找到热模具钢合金化的第一种途径，即加
入Cr、W、Si．等合金元素可以提高钢的回火稳定性。
模腔表层金属产生热疲劳（龟裂）。
热模的工作特点是具有间歇性．每次使热态金属成形后都要用水、油、空气等介质冷却模腔的表面。