锻造和轧制钢材S-N曲线特征

合金钢的S-N曲线并不像结构钢那样是非常标准的。根据材料静强度和疲劳强度之间的经验关系，可建立人为的S-N曲线。

对于平均应力为零的全反向应力循环的锻造及轧制钢材，应力比R=σ_min/σ_max=-1，下面的关系成立：

对于在10⁶循环下，生存概率为50%的旋转弯曲疲劳强度极限可以计算为

式中 σ_y——与实际尺寸有关的主轴材料的屈服强度或者0.2%残余应变的应力（MPa）；

σ_B——与实际尺寸有关的主轴材料的破断极限（MPa）；

f（d，r）——尺寸因子，它取决于轴的直径d和圆角半径r，对于无缺口的部件，尺寸因子为

对于有缺口的轴为

尺寸因子的表达式要求d和r的单位为mm；

f（R_y，σ_B）——表面粗糙度因子，它计算为

式中 R_y——峰-峰粗糙度，R_y≈6R_a，R_a为平均粗糙度。(www.xing528.com)

S-N曲线的斜率m表示为

式中 β——缺口因子；

α——应力集中系数；

η——缺口敏感性；

r——圆角半径。

静态缺口因子定义为

从原理上讲，对于所有的非焊接钢，标准的S-N曲线均可以由上述各个量所组成的项来构造，如图C-5所示。代表50%生存概率（在实际疲劳寿命试验中50%的分位数）的标准S-N曲线被认为是材料的特征S-N曲线。应该给S-N曲线得出的所有应力值加上材料因子γ_m以得出设计使用的设计S-N曲线。对于像主轴这样的关键部件有γ_m=1.8。注意在图C-5中的标准S-N曲线不适用于硬化钢。

图C-5 非焊接锻造或轧制机械钢的特征S-N曲线

注意标准S-N曲线给出了在应力幅值σ下的失效循环次数N。这是与结构工程相反的，在结构工程中S-N曲线给出在应力范围S下的失效循环次数N，因此必须小心避免混淆和错误。注意在结构工程中，结构钢的特征S-N曲线与通常的S-N曲线定义不同，它代表97.7%的生存概率（疲劳试验实现的分位数为2.3%）。因此，它通常与较小的材料因子γ_m相结合，一般比非焊接机械钢1.8的值要小。