常用结构钢、球墨铸铁及热处理后的疲劳特性优化

1.强度和冲击韧度的影响 材料的疲劳极限与材料的抗拉强度有密切关系，且随抗拉强度R_m的升高而升高。图6-122所示是碳钢和低、中碳合金钢不同处理状态弯曲疲劳极限σ_-1与抗拉强度R_m的关系。对光滑试样，σ_-1与R_m有如下的近似关系：

图6-122 弯曲疲劳极限与抗拉强度的关系

表6237　　某些钢铁材料的单调与循环应变特性

YYCf30mm棒料。

σ_-1=（0.37～0.52）R_m（6-95）

图6-123所示为45钢疲劳极限与回火温度的关系。

图6-123 45钢疲劳极限与回火温度的关系

图6-124所示为稀土镁球墨铸铁珠光体含量与疲劳极限的关系。

图6-124 稀土镁球墨铸铁珠光体含量与疲劳极限的关系

2.热处理的影响 复合组织（以高强度马氏体为基，带有一定形状、数量分布的残留奥氏体、铁素体、贝氏体等第二相）是钢材强韧化的新途径。图6-125所示为5CrEiMo钢不同马氏体、下贝氏体比值的复合组织疲劳曲线。

图6-125 5CrNiMo钢不同马氏体、下贝氏体比值复合组织的疲劳曲线

1—25%（体积分数）下贝氏体+马氏体 2—10%（体积分数）下贝氏体+马氏体 3—全马氏体 4—40%（体积分数）下贝氏体+马氏体 5—80%（体积分数）下贝氏体+马氏体

注：试样均在200℃回火。

等温淬火与淬火回火比较，在相同静强度（硬度）条件下，有较高的疲劳强度。图6-126所示为30CrMnSi钢两种处理方法的疲劳极限的比较。

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图6-126 30CrMnSi钢等温淬火与淬火回火疲劳极限的比较

3.材料性能对过载持久值的影响 疲劳极限主要决定于材料强度，而过载持久值部分则与材料的强度和韧性均有密切关系，如图6-127所示。

4.表面热处理和形变热处理能明显提高零件疲劳强度 常用的表面热处理工艺有渗碳、渗氮、碳氮共渗、感应淬火、喷丸、滚压，以及这些工艺的复合处理。图6-128～图6-132所示为各种表面强化工艺对疲劳强度的影响。

图6-127 强度和韧性对过载持久值线的影响

图6-128 疲劳强度与渗碳层深度的关系

图6-129 表面渗氮对疲劳强度的影响

图6-130 氮碳共渗、氮碳共渗+高频感应淬火对球墨铸铁弯曲疲劳强度的影响

1—氮碳共渗+高频感应淬火 2—高频感应淬火 3—氮碳共渗 4—正火

注：缺口试样外径为ϕ10mm，内径为ϕ8mm，缺口半径为1mm，长为80mm。

图6-131 55SiMnVB汽车板簧不同预应力喷丸提高疲劳强度效果（平均应力σ_m=700MPa）

注：板簧试样宽为75mm，厚为9mm，在受拉一面有两道深为4.5mm，宽为13mm的槽沟。

图6-132 25Mn2TiBRE渗碳，滚压前后的疲劳强度

注：光滑试样ϕ6mm，缺口试样ϕ8mm，带R=1mm半圆缺口。