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一文了解殘余應(yīng)力測試：你不知道的殘余應(yīng)力知識都在這里

來源：時間：2022-10-08 11:56:30 瀏覽：3460次

概述

殘余應(yīng)力是消除外力或不均勻的溫度場等作用后仍留在物體內(nèi)的自相平衡的內(nèi)應(yīng)力。機(jī)械加工和強(qiáng)化工藝都能引起殘余應(yīng)力。如冷拉、彎曲、切削加工、滾壓、噴丸、鑄造、鍛壓、焊接和金屬熱處理等，因不均勻塑性變形或相變都可能引起殘余應(yīng)力。

殘余應(yīng)力的產(chǎn)生

一、機(jī)械加工引起的殘余應(yīng)力

這是金屬構(gòu)件在加工中最易產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。當(dāng)施加外力時，物體的一部分出現(xiàn)塑性變形，卸載后，塑性變形部分，限制了與其相鄰部分變形的恢復(fù)，因而出現(xiàn)了殘余應(yīng)力。

構(gòu)件在外力作用下出現(xiàn)局部的塑性變形，當(dāng)外力去除時，這些局部的塑性變形限制了整個截面變形的恢復(fù)，因此產(chǎn)生了殘余應(yīng)力。這種由局部塑性變形引起的殘余應(yīng)力，在很多加工工藝中均會出現(xiàn)，如鍛壓、切削、冷拔、冷彎等等。這種殘余應(yīng)力往往是很大的。

二、溫度不均引起的殘余應(yīng)力

這種殘余應(yīng)力的產(chǎn)生主要有以下兩種原因:第一是由于溫度不均勻造成局部熱塑性變形;第二是由于相變引起的體積膨脹不均勻造成局部塑性變形。

1、于熱塑性變形不均而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力

金屬材料在高溫下其性能將發(fā)生很大的變化，如屈服極限、彈性模量等都隨溫度的升高而下降。如果構(gòu)件上溫度場的溫度階梯較大，則屈服極限和彈性模量的分布也是不均勻的，因此在高溫下出現(xiàn)的熱塑性也是不均勻的。

2、因組織改變而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力

三、構(gòu)件尺寸公差引起的殘余應(yīng)力

在焊接、鉚接、螺釘連接時往往有公差配合問題。如船體分段對接時必須將對接鋼板拉到一起，這些由外力拉到一起而組合的結(jié)構(gòu)，當(dāng)外力去除后，整個系統(tǒng)就出現(xiàn)了殘余應(yīng)力。這種應(yīng)力一般來說屬于結(jié)構(gòu)應(yīng)力，大多數(shù)情況下處于彈性狀態(tài)。

殘余應(yīng)力的分類

按照殘余應(yīng)力平衡范圍的不同，通常可將其分為三種:

(1)第一類內(nèi)應(yīng)力，又稱宏觀殘余應(yīng)力，它是由工件不同部分的宏觀變形不均勻性引起的，故其應(yīng)力平衡范圍包括整個工件。例如，將金屬棒施以彎曲載荷，則上邊受拉而伸長，下邊受到壓縮;變形超過彈性極限產(chǎn)生了塑性變形時，則外力去除后被伸長的一邊就存在壓應(yīng)力，短邊為張應(yīng)力。這類殘余應(yīng)力所對應(yīng)的畸變能不大，僅占總儲存能的 0.1%左右。

(2)第二類內(nèi)應(yīng)力，又稱微觀殘余應(yīng)力，它是由晶?；騺喚ЯＶg的變形不均勻性產(chǎn)生的。其作用范圍與晶粒尺寸相當(dāng)，即在晶?；騺喚ЯＶg保持平衡。這種內(nèi)應(yīng)力有時可達(dá)到很大的數(shù)值，甚至可能造成顯微裂紋并導(dǎo)致工件破壞。

(3)第三類內(nèi)應(yīng)力，又稱點(diǎn)陣畸變。其作用范圍是幾十至幾百納米，它是由于工件在塑性變形中形成的大量點(diǎn)陣缺陷(如空位、間隙原子、位錯等)引起的。

變形金屬中儲存能的絕大部分(80%~90%)用于形成點(diǎn)陣畸變。這部分能量提高了變形晶體的能量，使之處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，故它有一種使變形金屬重新恢復(fù)到自由焓最低的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)狀態(tài)的自發(fā)趨勢，并導(dǎo)致塑性變形金屬在加熱時的回復(fù)及再結(jié)晶過程。

殘余應(yīng)力的影響

殘余應(yīng)力一般是有害的，如零件在不適當(dāng)?shù)臒崽幚?、焊接或切削加工后，殘余?yīng)力會引起零件發(fā)生翹曲或扭曲變形，甚至開裂。或經(jīng)淬火、磨削后表面會出現(xiàn)裂紋。殘余應(yīng)力的存在有時不會立即表現(xiàn)為缺陷，而當(dāng)零件在工作中因工作應(yīng)力與殘余應(yīng)力的疊加，使總應(yīng)力超過強(qiáng)度極限時，便出現(xiàn)裂紋和斷裂。

零件的殘余應(yīng)力大部分都可通過適當(dāng)?shù)臒崽幚硐?/span>

殘余應(yīng)力有時也有有益的方面，它可以被控制用來提高零件的疲勞強(qiáng)度和耐磨性能。

1、對金屬材料屈服極限的影響

2、殘余應(yīng)力對疲勞壽命的影響

3、殘余應(yīng)力對構(gòu)件變形的影響

4、殘余應(yīng)力對金屬脆性破壞的影響

5、殘余應(yīng)力對應(yīng)力腐蝕開裂的影響

消除方法

殘余應(yīng)力消除的方法目前有三種：

1、就是自然時效，通過自然放置消除應(yīng)力，這種方法耗時過長，難以適應(yīng)現(xiàn)代科技及生產(chǎn)需要;

2、是最傳統(tǒng)、也是目前最普及的方法--熱時效法，把工件放進(jìn)熱時效爐中進(jìn)行熱處理，慢慢消除應(yīng)力。這種方法的缺點(diǎn)也非常顯著，比如衛(wèi)星制造廠對溫度控制要求非常嚴(yán)格的鋁合金工件以及長達(dá)十米或者更大的巨型工件都無法用這種方法處理。而且這種方法還帶來了大量的污染和能源消耗，隨著中國及世界范圍內(nèi)對環(huán)保的進(jìn)一步要求，熱時效爐的處理方式馬上面臨全面退出的境地。

3、振動時效，振動時效介于自然時效和熱時效間的方法。振動時效投資少，便攜，使用方便、無污染，節(jié)約能源降低成本，可消除殘余應(yīng)力20-50%，這是目前使用最多的一種方法。

來源：碩博測試圈

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