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      影響無縫鋼管材料疲勞強度的因素

      2020-05-21 16:11:43

      無縫鋼管材料的疲勞強度對各種外在因素和內在因素都極為敏感。外在因素包括零件的形狀和尺寸、表面光潔度及使用條件等,內在因素包括材料本身的成分,組織狀態、純凈度和殘余應力等。這些因素的細微變化,均會造成材料疲勞性能的波動甚至大幅度變化。 


      各種因素對疲勞強度的影響是疲勞研究的重要方面,這種研究將為零件合理的結構設計、以及正確選擇無縫鋼管材料和合理制訂各種冷熱加工工藝提供依據,以保證零件具有高的疲勞性能。 

      1.應力集中的影響

      常規所講的疲勞強度,都是用精心加工的光滑試樣測得的,然而,實際機械零件都不可避免地存在著不同形式的缺口,如臺階、鍵槽、螺紋和油孔等。這些缺口的存在造成應力集中,使缺口根部的實際應力遠大于零件所承受的名義應力,零件的疲勞破壞往往從這里開始。

      理論應力集中系數Kt :在理想的彈性條件下,由彈性理論求得的,缺口根部的實際應力與名義應力的比值。

      有效應力集中系數(或疲勞應力集中系數)Kf:光滑試樣的疲勞極限σ-1與缺口試樣疲勞極限σ-1n的比值。

      有效應力集中系數不僅受構件尺寸和形狀的影響,而且受材料的物理性質、加工、熱處理等多種因素的影響。

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

      疲勞缺口敏感度系數q:疲勞缺口敏感度系數表示材料對疲勞缺口的敏感程度,由下式計算。

      q的數據范圍是0-1,q值越小,表征無縫鋼管材料對缺口越不敏感。試驗表明,q并非純粹是材料常數,它仍然和缺口尺寸有關,只有當缺口半徑大于一定值后,q值才基本與缺口無關,而且對于不同材料或處理狀態,此半徑值也不同。

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      2.尺寸因素的影響

      由于材料本身組織的不均勻性以及內部缺陷的存在,尺寸增加造成材料破壞概率的增加,從而降低材料的疲勞極限。尺寸效應的存在,是把試驗室小試樣測得的疲勞數據運用于尺寸實際零件中的一個重要問題,由于不可能把實際尺寸的零件上存在的應力集中、應力梯度等完全相似地在小試樣上再現出來,從而造成試驗室結果與某些具體零件疲勞破壞之間的互相脫節。


      3.表面加工狀態的影響

      機加工的表面總存在著高低不平的加工痕跡,這些痕跡就相當于微小缺口,在材料表面造成應力集中,從而降低材料的疲勞強度。試驗表明,對于鋼和鋁合金,粗糙的加工(粗車)與縱向精拋光相比,疲勞極限要降低10%-20%甚至更多。材料的強度越高,則對表面光潔度越敏感。


      4.加載經歷的影響

      實際上沒有任何零件是在恒定的應力幅條件下工作,材料實際工作中的超載和次載都會對材料的疲勞極限產生影響,試驗表明,材料普遍存在著超載損傷和次載鍛煉現象。

      事實上,在一定條件下,少量次數的超載不僅不會對材料造成損傷,由于形變強化、裂紋尖端鈍化以及殘余壓應力的作用,還會對材料造成強化,從而提高材料的疲勞極限。因此,應對超載損傷的概念進行一些補充和修正。所謂次載鍛煉是指材料在低于疲勞極限但高于某一限值的應力水平下運行一定周次后,造成材料疲勞極限升高的現象。次載鍛煉的效果和材料本身的性能有關,塑性好的材料,一般來說鍛煉周期要長些,鍛煉應力要高些方能見效。


      哈爾濱鋼材廠家介紹無縫鋼管常見缺陷和形成原因


      形成原因

      ① 外來金屬夾雜


      在澆注過程中,金屬條、塊、片落入錠模中或冶煉末期加入的鐵合金未熔化。

       宏觀特征

      在浸蝕片上,多呈邊緣清晰、顏色與周圍顯著不同的幾何形狀。

       形成原因

      ② 外來非金屬夾雜


      在澆注過程中,沒有來得及浮出的熔渣或剝落到鋼液中的爐襯和澆注系統內壁的耐火材料。 宏觀特征

      較大的非金屬夾雜物很好辨認,而較小的夾雜腐蝕后剝落,留下細小的呈圓形的小孔。


       形成原因

      ③ 翻皮底注鋼錠澆注過程中的表面上半凝固的薄膜卷入鋼液中去。

       宏觀特征

      在酸浸試樣上,顏色與周圍不同,形狀不規則的彎曲狹長條帶,周邊常有氧化物夾雜和氣孔存在。

      縮孔 形成原因

      鋼錠或鑄件澆注時,心部的液體由于最后冷凝時體積收縮未能得到補充,在鑄錠頭部或鑄件中形成宏觀孔穴。


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