我们熟悉的零件材料包括铝板，铝管、钢、不锈钢等。但你知道吗?材料的疲劳强度对各种外部和内部因素极为敏感。在加工铝等零件材料时，影响材料疲劳强度的因素很多。
外部因素包括零件的形状和尺寸、表面光洁度和使用条件。内在因素包括材料本身的组成、组织状态、纯度和残余应力。
这些因素的细微变化会引起材料疲劳性能的波动甚至大的变化。
各种因素对疲劳强度的影响是疲劳研究的一个重要方面。本研究将为零件的合理结构设计，以及正确选择材料，合理制定各种冷热加工工艺，保证零件具有较高的疲劳性能提供依据。
1.应力集中对材料的影响
常规的疲劳强度是用精心加工的光滑试样来测量的。然而，实际的机械零件不可避免地有不同形式的缺口，如台阶、键槽、螺纹和油孔。这些缝隙的存在引起应力集中，使得缝隙根部的最大实际应力远大于零件的名义应力，零件的疲劳破坏往往从这里开始。
理论应力集中系数Kt:缺口根部的最大实际应力与名义应力之比，由理想弹性条件下的弹性理论得出。
有效应力集中系数(或疲劳应力集中系数)Kf:光滑试样的疲劳极限σ-1与缺口试样的疲劳极限σ-1n之比。
有效应力集中系数不仅受构件的尺寸和形状的影响，还受材料的物理性能、工艺、热处理等因素的影响。
有效应力集中系数随缺口锐度的增大而增大，但通常小于理论应力集中系数。
疲劳缺口敏感系数q:疲劳缺口敏感系数表示材料对疲劳缺口的敏感性，计算公式如下:
q的数据范围为0-1,q值越小，材料对缺口越不敏感。实验表明，q不是一个纯粹的材料常数，它仍然与缺口的大小有关。只有当缺口半径大于某一值时，q的值才与缺口无关，而这个半径的值对于不同的材料或加工状态也是不同的。
2.零件尺寸因素的影响
由于材料本身的不均匀性和内部缺陷的存在，尺寸的增大导致材料失效概率的增加，从而降低材料的疲劳极限。
将实验室小样本疲劳测量数据应用于大尺寸实际零件时，副作用的存在是一个重要问题。在小样品上再现，导致实验室结果与某些特定部件的疲劳失效之间的脱节。
3.零件表面加工状态对铝疲劳强度的影响
加工表面总是有不均匀的加工痕迹。这些痕迹相当于微小的缝隙，在材料表面引起应力集中，从而降低了材料的疲劳强度。试验表明，对于钢和铝合金，粗加工(粗车削)比纵向精加工降低了10%-20%或更多的疲劳极限。材料越坚固，对磁场就越敏感表面光洁度．
4.材料加载经验对疲劳强度的影响
没有零件在应力幅值绝对恒定的条件下工作。材料在实际工作中的过载和二次载荷都会影响材料的疲劳极限。试验表明，材料普遍存在过载损伤和二次载荷运动现象。
所谓过载损伤，是指材料在高于疲劳极限的载荷下运行一定循环次数后，材料疲劳极限的降低。过载越高，造成损坏所需的循环次数越短，如下图所示。
事实上，在一定条件下，少量的过载不仅不会对材料造成损伤，还会因变形强化、裂纹尖端钝化和残余压应力而增强材料，从而提高材料的疲劳极限。因此，应对过载损伤的概念作一些补充和修改。
所谓亚载荷运动，是指材料在低于疲劳极限但高于一定极限的应力水平下，经过一定循环运行后疲劳极限增大的现象。第二次载荷练习的效果与材料本身的性能有关。一般来说，可塑性好的材料需要较长的运动周期和较高的运动压力才能有效。
5.化学成分对金属材料疲劳强度的影响
在一定条件下，材料的疲劳强度与抗拉强度密切相关。因此，在一定条件下，任何能提高抗拉强度的合金元素都能提高材料的疲劳强度。相比之下，碳是影响材料强度的最重要因素。然而，在钢中形成夹杂物的一些杂质元素对疲劳强度有不利影响。
6.热处理及显微组织对材料疲劳强度的影响
不同的热处理状态会得到不同的显微组织。因此，热处理对疲劳强度的影响本质上是微观组织的影响。相同成分的材料，由于热处理不同，可以获得相同的静强度，但由于结构不同，疲劳强度可以在相当大的范围内变化。
在相同强度水平下，片状珠光体的疲劳强度明显低于粒状珠光体。同样是粒状珠光体，渗碳体颗粒越细，疲劳强度越高。
微观组织对材料疲劳性能的影响不仅与各种结构的力学性能有关，还与复合结构中组织的晶粒尺寸和分布特征有关。晶粒细化提高了材料的疲劳强度。
7.夹杂物对材料疲劳强度的影响
夹杂物本身或由夹杂物产生的孔洞相当于微小间隙，在交变载荷作用下，会发生应力集中和应变集中，成为疲劳断裂的裂纹源，对材料的疲劳性能产生不利影响。
夹杂物对疲劳强度的影响不仅取决于夹杂物的类型、性质、形状、大小、数量和分布，还取决于材料的强度水平和施加应力的水平和状态。
不同类型的夹杂物具有不同的力学和物理性能，对疲劳性能有不同的影响。一般来说，易变形的塑性夹杂物(如硫化物)对钢的疲劳性能影响不大，而脆性夹杂物(如氧化物、硅酸盐等)危害更大。
膨胀系数大于基体的夹杂物(如硫化物)由于基体中的压应力影响不大，而膨胀系数小于基体的夹杂物(如氧化铝等)由于基体中的拉应力影响较大。
夹杂物与母材结合的紧密程度也影响疲劳强度。硫化物易变形，与母材结合紧密，氧化物易与母材分离，产生应力集中。从包裹体类型可以看出，硫化物的影响较小，氧化物、氮化物和硅酸盐的危害较大。
在不同的加载条件下，夹杂物对材料疲劳性能的影响也不同。在高载荷条件下，无论是否存在夹杂物，所施加的载荷都足以引起材料的塑性流变，夹杂物的影响很小。
在材料的疲劳极限应力范围内，夹杂物的存在使局部应变集中成为塑性变形的控制因素，强烈影响材料的疲劳强度。也就是说，夹杂物的存在主要影响材料的疲劳极限，对高应力条件下的疲劳强度影响不大。
材料的纯度由冶炼工艺决定。因此，采用净化冶炼方法(如真空熔炼、真空脱气、电渣重熔等)可以有效降低钢材中的杂质含量，提高材料的疲劳性能。
8.表面性能变化及残余应力对材料疲劳强度的影响
除上述表面光洁度外，表面状态的影响还包括表面层力学性能的变化和残余应力对疲劳强度的影响。表面层力学性能的变化可能是由于表面层化学成分和结构的差异引起的，也可能是由于表面层的变形和强化引起的。
除了增加零件的耐磨性外，渗碳、氮化、碳氮共渗等表面热处理也是提高零件疲劳强度，特别是腐蚀疲劳和磨耗的有效手段。
与渗碳、氮化、碳氮共渗等化学热处理相反，如果热处理过程中排除了碳元素，则零件的表面强度会降低，材料的疲劳强度也会大大降低。
对低淬透性钢采用感应淬火、表面火焰淬火、薄壳淬火等方法，可获得一定深度的表面硬度层，并在表层形成有利的残余压应力，也是提高零件疲劳强度的有效方法。
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