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弹簧为何疲劳?

来源:弹簧 发布时间:2022-05-11 22:26:14

  弹簧为何疲劳?

  

  弹簧为何疲劳?因为弹簧用久了会疲劳,即常见的变形会失去原有的弹性性能。弹簧疲劳是指金属经常变形,裂纹增多,裂纹间隙增大,最终导致疲劳。弹簧在我们的日常生活中很常见,其工作主要体现在不锈钢弹簧被电子、空气、蒸汽、水等腐蚀性介质和酸、碱、盐等化学腐蚀性介质腐蚀。弹簧材料的性能,可分为各种类型的弹簧。但是,在日常生活中使用时,造成弹簧疲劳的原因有哪些呢?主要有以下六个原因。

  

弹簧疲劳

  1、屈服强度材料的屈服强度与疲劳极限有一定的关系。一般来说,材料的屈服强度越高,疲劳强度就越高。因此,为了提高弹簧的疲劳强度,应尽量提高弹簧材料的屈服强度,或采用屈服强度与抗拉强度比值高的材料。对于相同的材料,细晶粒结构比粗晶粒结构具有更高的屈服强度。

  

  2、表面状态的最大应力多发生在弹簧材料的表面,因此弹簧的表面质量对疲劳强度影响很大。弹簧材料因轧制、拉拔、卷取而产生的裂纹、缺陷和伤痕往往是弹簧疲劳断裂的原因。

  

  材料表面粗糙度越小,应力集中越小,疲劳强度越高。材料表面粗糙度对疲劳极限的影响。随着表面粗糙度的增加,疲劳极限降低。在相同粗糙度下,不同钢种、不同轧制方式,疲劳极限降低程度不同。例如,冷螺旋弹簧的压缩程度小于热螺旋弹簧。由于钢制螺旋弹簧及其热处理使弹簧材料表面因氧化而变得粗糙和脱碳,从而降低了弹簧的疲劳强度。

  

  3、尺寸效应材料的尺寸越大,各种冷热加工工艺产生缺陷的可能性就越高,出现表面缺陷的可能性也越大,都会导致疲劳性能的下降。因此,在计算弹簧的疲劳强度时应考虑尺寸效应。

  

  4、冶金缺陷 冶金缺陷是指材料中的非金属夹杂物、气泡、元素偏析等。表面存在的夹杂物是应力集中源,会导致夹杂物与基体界面出现过早疲劳裂纹。采用真空冶炼、真空浇注等措施可大大提高钢材的质量。

  

  5、腐蚀介质中的弹簧在腐蚀介质中工作时,会因表面出现点蚀或表面晶界腐蚀而成为疲劳源,在变应力作用下逐渐膨胀,导致断裂。例如,弹簧钢在淡水中工作的疲劳极限仅为空气中的10%~25%。腐蚀对弹簧疲劳强度的影响不仅与弹簧承受变载荷的次数有关,而且与它的工作寿命有关。因此,在设计和计算受腐蚀影响的弹簧时,应考虑工作寿命。

  

  为保证弹簧在腐蚀条件下工作的疲劳强度,可采用不锈钢、有色金属等耐腐蚀性高的材料,或采用电镀、氧化、喷塑、喷漆等表面保护层。实践表明,镀镉可以大大提高弹簧的疲劳极限。

  

  6、温度 碳钢的疲劳强度从室温到120℃下降,从120℃上升到350℃,高于350℃再下降。在高温下没有疲劳极限。在高温下工作的弹簧应考虑使用耐热钢。当温度低于室温时,钢的疲劳极限增加。


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