金屬材料的疲勞強(qiáng)度對(duì)各種外部和內(nèi)部因素非常敏感。外部因素包括零件的形狀和尺寸、表面光潔度和使用條件，而內(nèi)部因素包括材料本身的成分、組織狀態(tài)、純度和殘余應(yīng)力。這些因素的細(xì)微變化都會(huì)引起材料疲勞性能的波動(dòng)甚至較大變化。

各種因素對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響是疲勞研究的一個(gè)重要方面。該研究將為零件的合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料的正確選擇以及各種冷、熱加工工藝的合理制定提供依據(jù)，從而保證零件的高疲勞性能。

應(yīng)力集中對(duì)疲勞的影響

常規(guī)疲勞強(qiáng)度是通過仔細(xì)加工的光滑試樣測(cè)量的。然而，實(shí)際的機(jī)械零件難免有不同形式的缺口，如臺(tái)階、鍵槽、螺紋和油孔等。這些缺口的存在造成應(yīng)力集中，使缺口根部的最大實(shí)際應(yīng)力遠(yuǎn)大于零件所承受的名義應(yīng)力，零件的疲勞失效往往從這里開始。

尺寸因素的影響

由于材料結(jié)構(gòu)的不均勻性和內(nèi)部缺陷的存在，尺寸的增大會(huì)增加材料的失效概率，從而降低材料的疲勞極限。尺寸效應(yīng)的存在是將實(shí)驗(yàn)室小樣品測(cè)得的疲勞數(shù)據(jù)應(yīng)用于大型實(shí)際零件的重要問題。由于無法在小樣本上重現(xiàn)實(shí)際尺寸零件上的應(yīng)力集中和應(yīng)力梯度，因此實(shí)驗(yàn)室結(jié)果與某些特定零件的疲勞失效脫節(jié)。

表面加工狀態(tài)對(duì)疲勞的影響

加工表面總是存在凹凸不平的加工痕跡，相當(dāng)于微小的缺口，造成材料表面應(yīng)力集中，從而降低材料的疲勞強(qiáng)度。試驗(yàn)表明，對(duì)于鋼和鋁合金，粗加工（粗車削）的疲勞極限比縱向精拋降低10%～20%或更多。材料的強(qiáng)度越高，對(duì)表面光潔度越敏感。

化學(xué)成分的影響

材料在一定條件下的疲勞強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度之間存在著密切的關(guān)系。因此，在一定條件下，凡是能提高抗拉強(qiáng)度的合金元素，都能提高材料的疲勞強(qiáng)度。相比較而言，碳是影響材料強(qiáng)度的最主要因素。但是，一些在鋼中形成夾雜物的雜質(zhì)元素對(duì)疲勞強(qiáng)度有不利影響。

熱處理和顯微組織對(duì)疲勞的影響

不同的熱處理?xiàng)l件會(huì)導(dǎo)致不同的顯微組織。因此，熱處理對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響本質(zhì)上是組織的影響。同一種成分的材料，雖然熱處理方式不同，可以獲得相同的靜態(tài)強(qiáng)度，但疲勞強(qiáng)度會(huì)因組織不同而有相當(dāng)大的變化范圍。

在相同強(qiáng)度水平下，片狀珠光體的疲勞強(qiáng)度明顯低于粒狀珠光體。滲碳體顆粒越細(xì)，疲勞強(qiáng)度越高。

夾雜物的影響

夾雜物本身或其產(chǎn)生的孔洞相當(dāng)于微小的缺口，在交變載荷作用下會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中和應(yīng)變集中，成為疲勞斷裂的裂紋源，對(duì)材料的疲勞性能造成不利影響。夾雜物對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響不僅取決于夾雜物的種類、性質(zhì)、形狀、大小、數(shù)量和分布，還與材料的強(qiáng)度等級(jí)、所受應(yīng)力的大小和狀態(tài)有關(guān)。

不同類型的夾雜物具有不同的機(jī)械物理性能，與母材的性能不同，對(duì)疲勞性能的影響也不同。一般來說，容易變形的塑性夾雜物（如硫化物）對(duì)鋼的疲勞性能影響不大，而脆性夾雜物（如氧化物、硅酸鹽等）則危害很大。

膨脹系數(shù)比基體大的夾雜物（如硫化物）受基體壓應(yīng)力影響較小，而膨脹系數(shù)比基體小的夾雜物（如氧化鋁）受基體拉應(yīng)力影響較大。

夾雜物和母材的致密性也影響疲勞強(qiáng)度。硫化物易變形并與母材緊密結(jié)合，而氧化物易與母材分離，造成應(yīng)力集中。因此，從夾雜物的種類來看，硫化物影響不大，而氧化物、氮化物和硅酸鹽則危害較大。

表面性質(zhì)變化和殘余應(yīng)力的影響

表面狀態(tài)的影響除上述表面光潔度外，還包括表面力學(xué)性能的變化和殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響。表面力學(xué)性能的變化可由表面化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的差異引起，也可由變形強(qiáng)化引起。

滲碳、滲氮、碳氮共滲等表面熱處理不僅可以增加零件的耐磨性，而且可以提高零件的疲勞強(qiáng)度，尤其是提高腐蝕疲勞和抗咬蝕能力的有效手段。

表面化學(xué)熱處理對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響主要取決于加載方式、滲碳層中碳和氮的濃度、表面硬度和梯度、表面硬度與芯部硬度的比值、滲層深度以及殘余壓應(yīng)力的大小和分布。表面處理形成的應(yīng)力。大量試驗(yàn)表明，只要先對(duì)缺口進(jìn)行機(jī)加工，再進(jìn)行化學(xué)熱處理，一般來說，缺口越尖銳，疲勞強(qiáng)度的提高越大。

不同加載方式下表面處理對(duì)疲勞性能的影響不同。在軸向載荷下，表層應(yīng)力與層下應(yīng)力相同，因?yàn)閼?yīng)力沿層深沒有不均勻分布。在這種情況下，表面處理只能提高表層的疲勞性能。由于芯材沒有得到強(qiáng)化，疲勞強(qiáng)度的提高有限。在彎曲和扭轉(zhuǎn)條件下，應(yīng)力分布集中在表層。表面處理形成的殘余應(yīng)力與這種附加應(yīng)力疊加，使表面的實(shí)際應(yīng)力減小。同時(shí)，由于表面材料的強(qiáng)化，可以有效提高彎曲和扭轉(zhuǎn)條件下的疲勞強(qiáng)度。