殘余應力產(chǎn)生及消除方法 

殘余應力產(chǎn)生：

工件經(jīng)機械加工后，其表面層都存在殘余應力。殘余壓應力可提高工件表面的耐磨性和受拉應力時的疲勞強度，殘余拉應力的作用正好相反。若拉應力值超過工件材料的疲勞強度極限時，則使工件表面產(chǎn)生裂紋，加速工件的損壞。引起殘余應力的原因有以下三個方面： 

 

( 一 )冷塑性變形引起的殘余應力 

在切削力作用下，已加工表面受到強烈的冷塑性變形，其中以刀具后刀面對已加工表面的擠壓和摩擦產(chǎn)生的塑性變形最為突出，此時基體金屬受到影響而處于彈性變形狀態(tài)。切削力除去后，基體金屬趨向恢復，但受到已產(chǎn)生塑性變形的表面層的限制，恢復不到原狀，因而在表面層產(chǎn)生殘余壓應力。   

( 二 )熱塑性變形引起的殘余應力 

工件加工表面在切削熱作用下產(chǎn)生熱膨脹，此時基體金屬溫度較低，因此表層金屬產(chǎn)生熱壓應力。當切削過程結束時，表面溫度下降較快，故收縮變形大于里層，由于表層變形受到基體金屬的限制，故而產(chǎn)生殘余拉應力。切削溫度越高，熱塑性變形越大，殘余拉應力也越大，有時甚至產(chǎn)生裂紋。磨削時產(chǎn)生的熱塑性變形比較明顯。  

( 三 )金相組織變化引起的殘余應力  

切削時產(chǎn)生的高溫會引表面層的金相組織變化。不同的金相組織有不同的密度，表面層金相組織變化的結果造成了體積的變化。表面層體積膨脹時，因為受到基體的限制，產(chǎn)生了壓應力；反之，則產(chǎn)生拉應力。 

 

消除方法：

一、自然時效

自時效是通過把零件暴露于室外，經(jīng)過幾個月甚至幾年的時間，使其尺寸精度達到穩(wěn)定的一種方法。這種時效方法早已被普遍采用。大量的試驗研究和生產(chǎn)實踐證明，自然時效具有穩(wěn)定鑄件尺寸精度的良好效果。

 

二、 熱時效

1.用的工藝方法就是進行消除應力的退火，這種方法的特點就是能夠大幅度的降低構件的殘余應力，尺寸精度穩(wěn)定。

構件加熱到400－700°C時，技術構件即具有相當?shù)膯涡�，同時具有明顯的塑性，這個溫度范圍稱為彈性轉變溫度。

2.影響熱時效效果的因素

a. 熱時效中，退火溫度是影響消除殘余應力效果的最重要因素。

b. 熱時效保溫時間

c. 熱時效升溫速度

d. 熱時效降溫速度

e. 熱時效爐的溫差

f. 工件在爐中的放置與支撐

 

三、振動時效法

振動時效的實質(zhì)是以共振的形式給工件施加附加動應力，當附加動應力與殘余應力疊加后，達到或超過材料的屈服極限時，工件發(fā)生微觀或宏觀塑性變形，從而降低和均化工件內(nèi)部的殘余應力，并使其尺寸精度達到穩(wěn)定。其特點有：

1. 投資少

2. 生產(chǎn)周期短

3. 使用方便

4. 適應性強

5. 節(jié)約能源，降低成本

6. 機械性能顯著提高

7. 符合環(huán)保要求

8. 操作簡單，易于實現(xiàn)機械自動化。

可避免金屬零件在熱時效過程中產(chǎn)生的翹曲變形、氧化、脫碳及硬度降低等缺陷。

四、靜態(tài)過載法    

是以靜力或靜力矩的形式，暫時加載于構件上，并在這種載荷下保持一段時間，從而使零件尺寸精度獲得穩(wěn)定的時效方法。

用于焊接件時需要將載荷加大到使原來應力與附加應力之和接近于材料的屈服極限，才能消除殘余應力。

靜態(tài)過載法的精度穩(wěn)定性效果，取決于附加應力的大小及應力下保持時間。

特別指出，靜態(tài)過載法處理后構件中仍然保持著相當大的殘余應力。 

五、熱沖擊時效法

1970年前后出現(xiàn)的一種新穎的穩(wěn)定工件尺寸精度的時效工藝法。

其實質(zhì)就是將工件進行快速加熱，使加熱過程中造成的熱應力正好與殘余應力疊加，超過材料的屈服極限引起塑性變形，從而使原始殘余應力很快松弛并穩(wěn)定化。 

六、 聲波時效法

超聲波時效法首先在前蘇聯(lián)誕生，并在發(fā)達國家得到推廣，該方法起先主要應用于船舶、核潛艇、航空航天等對消除應力非常嚴格的軍事領域。但是由于超聲波法只能解決構件表層一定深度內(nèi)的應力問題，所以相對應用環(huán)境較窄，且成本頗高。

七、其它方法爆炸法、打壓法、錘擊、噴丸、滾壓等。噴丸強化是行之有效、應用廣泛的強化零件的手段，噴丸的同時也改變了表面殘余應力狀態(tài)和分布，而噴丸產(chǎn)生的殘余壓應力又是強化機理中的重要因素。