怎样增加弹簧疲劳强度(提高零部件疲劳强度的方法（二）)
Posted
篇首语：不飞则已，一飞冲天；不鸣则已，一鸣惊人。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了怎样增加弹簧疲劳强度(提高零部件疲劳强度的方法（二）)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
怎样增加弹簧疲劳强度(提高零部件疲劳强度的方法（二）)
提高零部件疲劳强度的方法主要有5种：合理选材、合理操作、改进结构和工艺、表面防护和表面强化。上一篇对前4种方法进行了介绍（提高零部件疲劳强度的方法（一）），本篇主要对表面强化进行概括总结。
一、概述
表面层的性能对零件的静强度影响不大，但对疲劳强度影响显著。主要原因是在表面层建立了残余压应力和使表面层硬化。应力梯度越大，表面强化的效果越显著。因此，弯曲和扭转载荷下的强化效果比拉压时大，缺口试样的表面强化效果也远比光滑试样显著。
表面强化效果还与材料的强度和循环应力的高低有关。屈服强度低或低周疲劳时，残余应力易于释放，强化效果不显著。
表面强化对疲劳强度的影响用表面强化系数β3表示，其定义为强化试样的疲劳强度与未强化试样的疲劳强度之比（见文末Note1）。有利的表面处理工艺可以提高零件的疲劳强度，不利的则会降低疲劳强度（见文末Note2）。
常用的表面强化方法有3种：表面热处理、表面化学热处理和表面冷作强化。下面将分别进行简单介绍。
二、表面热处理
也称为表面淬火，包括火焰淬火和感应淬火，主要用于钢制零件。是一种将零件表面加热到钢的临界温度以上，然后进行淬火，以产生具有残余压应力的马氏体硬表层的热处理工艺。
钢由奥氏体相变为马氏体后，体积增大4%，从而在表面层中建立了较大的残余压应力，疲劳强度提高。
表面淬火提高光滑钢试样疲劳强度的作用与硬化层的相对厚度有关。在一定范围内，厚度越大、淬火后的疲劳强度越高。但过厚反而会降低疲劳强度。
表面淬火适用于花键轴、压配合轴、汽车后桥、轮座、曲轴和齿轮等零件。
三、表面化学热处理
包括渗氮、渗碳和碳氮共渗等，主要用于钢铁材料，可以提高其耐磨性和疲劳强度。
1、渗氮：将零件放入含氮介质中，在500~600℃下加热10min~100h，介质中的氮原子渗入零件表层，与钢中的合金元素（Al、Cr、Mo、Ti等）形成了弥散分布的氮化物表层，且体积膨胀，在表层建立有利的残余压应力，提高了疲劳强度和耐磨性。
一般适用于含有Al、Cr等合金元素的渗氮钢。
渗氮层一般不大于0.6mm。通常渗氮层越厚、提高疲劳强度的作用越显著，但0.5mm后不再提高。考虑到经济性等因素，工业上一般保持厚度不小于0.25mm。
由于渗氮层很薄，因而渗氮建立的残余压应力特别大，特别适用于有尖锐缺口的零件。渗氮提高光滑试样拉伸疲劳强度的作用很小，这是因为拉伸载荷下为均匀应力，而渗氮不能提高心部的疲劳强度所致。
2、渗碳：是在高温下使碳元素渗入低含碳量零件表层的工艺。根据渗碳剂的状态，可分为气体渗碳、液体渗碳和固体渗碳。
渗碳提高疲劳强度的作用有三：(1)不均匀冷却产生表面残余压应力；(2)相变产生的表面残余压应力；(3)渗碳使表面的强度提高。
与表面淬火相比，其产生的残余压应力大；与渗氮相比，其硬化层厚度更优，典型的渗碳层厚度为0.7~2.5mm。
由于渗碳和渗氮层都比较薄，因此应避免对渗碳和渗氮后的零件进行机加工。由于渗碳和渗氮时疲劳裂纹一般都在硬化层下面萌生，因此基体的性能对其疲劳强度影响较大。在渗碳和渗氮前应对零件进行调质处理，以提高基体材料的疲劳强度。
3、碳氮共渗和氮碳共渗：(1)碳氮共渗是在零件表面同时渗入碳和氮，且以渗碳为主的热处理工艺；(2)氮碳共渗是同时渗入碳和氮，且以渗氮为主的热处理工艺。目的都是使表面层获得高硬度，以提高耐磨性和疲劳强度。
四、表面冷作强化
冷作强化提高疲劳强度的主要原因也是在冷作层中产生了残余压应力。冷作塑性变形的结果也能使硬度有某种程度的提高（硬度提高是冷作强化提高疲劳强度的次要原因）。
表面冷作对带有应力集中的零件特别有利，可以使其疲劳强度提高0.5~1倍。很多情况下，能完全抵消应力集中对疲劳强度的不利影响。
表面冷作的强化效果，不仅不随零件横截面尺寸的增大而减小，一般还有所提高。材料强度越高，冷作强化的效果越大。
常见的冷作强化包括喷丸、滚压、锤击和超载拉伸等。
1、喷丸：利用喷丸机或压缩空气将钢丸高速喷射到零件表面，使其产生塑性变形和建立残余压应力，提高疲劳强度。
特别适用于复杂形状的零件（如螺旋弹簧）和具有内外表面的零件。可对零件表面进行整体或局部处理。除钢丸外，还可用玻璃丸或陶瓷丸。
2、滚压：使用具有适当轮廓的滚轮对零件进行滚压，滚压时滚轮与工件反向旋转。对平面滚压时仅滚轮转动。
适用于圆柱形零件和平面零件。光滑试样滚压之后，疲劳强度平均提高10%~20%。阶梯轴和曲轴的过渡圆角处、螺纹根部、轴的压配合面常使用此法进行强化。
3、锤击：也即冲击强化，可起到与喷丸和滚压相同的作用。喷丸本身就是利用钢丸的冲击力进行强化。
最简单的就是锤击，利用锤子对部件进行敲打即可。
4、超载拉伸：对于受拉的缺口零件进行超载拉伸，在缺口处建立残余压应力，能提高缺口零件的拉伸疲劳强度。
如对一个双边缺口板进行拉伸，使缺口处应力超屈服，则部分材料产生塑性变形，而板内其他部分仍在弹性状态。卸载后塑性变形不可恢复，因此在缺口处建立了残余压应力。
对焊接结构及其他结构预先进行超载拉伸，可使危险区冷作和建立有利的残余压应力，从而提高疲劳强度。
Note1、各种表面处理工艺的表面强化系数：
分别如图1~3所示。
图1 高频感应淬火的表面强化系数
图2 化学热处理的表面强化系数
图3 表面冷作强化的表面强化系数
Note2、各种表面处理工艺对疲劳强度的影响：
如图4所示。
图4 各种热处理工艺的影响
—————————————————
相关参考
...，张继魁·中国重汽集团工艺研究院在载货汽车中，钢板弹簧把车架与车桥用悬挂的形式连接在一起，承受车轮对车架的载荷冲击，消减车身的剧烈振动，保持车辆行驶的平顺性和对不同路况的适应性。50CrVA作为钢板弹簧的最常...
...我们都能够看到弹簧的使用，弹簧是一种非常常见的机械零部件，它的应用非常广泛，大到汽车、大型的机械设备、航空，小到大家日常都在使用的圆珠笔等，都能看到弹簧的身影。弹簧会在有些时候，弹力变得很弱，影响使用...
提高焊接结构疲劳强度的措施1）降低应力集中疲劳裂纹源在焊接接头和结构上的应力集中点，消除或降低应力集中的一切手段，都可以提高结构的疲劳强度。（1）采用合理的结构形式①优先选用对接接头，尽量不用搭接接头；...
...金弹簧钢主要是硅锰系钢种，它们的含碳量稍低，主要靠增加硅含量提高性能；另外还有硌、钨、钒的合金弹簧钢。近年来，结合我国资源，并根据汽车、拖拉机设计新技术的要求，研制出在硅锰钢基础上加入硼、铌、钼等元素...
1)高的强度：为提高弹簧抗疲劳破坏和抗松弛的能力，弹簧材料应具有高的屈服强度与弹性极限，尤其要有高的屈强比。在通常情况下，材料的弹性极限与屈服强度成正比，因此弹簧设计和制造者总是希望材料具有高的屈服强度....
...或防止微动。因此，应用喷丸技术可以有效提高汽车关键零部件的疲劳寿命和耐腐蚀性能。目前，世界上许多著名的汽车制造商和零部件制造商已经将强化纳入标准生产流程。同时，钢筋设备也和其他制造设备一样，形成了完整...
...导致重大安全隐患，或螺栓松弛预紧力下降导致螺栓连接疲劳寿命大大缩短。因此在设计中要选用适当的防松措施保证螺栓在实际使用中不松脱。设计中常用的防松措施有如下几种：01双螺母双螺母防松也称对顶螺母防松，当两...
...表面发生塑性变形。抛丸强化是提高机械零件表面高周期疲劳强度、腐蚀疲劳强度、接触疲劳强度、微振疲劳强度及腐蚀断裂抗力的行之有效的一种表面强化工艺。 一般情况下,钢的疲劳强度随其抗拉强度的提高而上升;但当...
影响构件疲劳强度的主要因素(机械设计需要记住的结构要素、基本要求和准则，避免设计错误)
...所要求的功能。是将抽象的工作原理具体化为某类构件或零部件，具体内容为在确定结构件的材料、形状、尺寸、公差、热处理方式和表面状况的同时，还须考虑其加工工艺、强度、刚度、精度以及与其它零件相互之间关系等问...
液压强度爆破试验机(磐石测控：深圳液压动态疲劳试验机有哪些功能特点？)
...或缺的设备，就是因为它自身存在很多优势，那么我们要怎样对疲劳试验机做好基本的防护措施呢？液压动态疲劳试验机分