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残余应力产生、分类、测量及去除
 
残余应力产生、分类、测量及去除

一 残余应力的产生原因
一个构件在生产、加工及处理过程中,受到了不均匀应力场、应变场、温度场、材料组织的不均匀性等内在和外在的影响,在构件完成后仍然保留下来的应力。构件在没有外部因素作用下,构件内部保持平衡而存在的应力。
当一个构件承受载荷超过了弹性极限范围,卸去载荷后构件内残存的应力。

二  残余应力产生原因的分类
⑴热处理产生的残余应力
     热应力和相变应力 温度→约束/温度→组织→体积。
 ⑵表面处理产生的残余应力
     表面氮化产生的残余应力温度→介质(离子)→表层→化学→耐磨、疲劳、腐蚀。
      高频淬火产生的残余应力 磁场(激光、电子束、火焰)→表层趋肤。
      渗碳淬火产生的残余应力 压缩应力→疲劳→高硬→耐磨。
      火焰淬火产生的残余应力 高温→深表层→淬火应力。
      激光淬火产生的残余应力 激光束→表层→相变→压缩淬火应力。
      堆焊滚压产生的残余应力 残硬化层→裂纹扩展→抗蚀。
      表面喷涂产生的残余应力 表面强化→修复→长效防蚀。
      离子镀产生的残余应力 真空介质→气体放电→电子束→强化层→寿命→装饰。
⑶切削和磨削产生的残余应力
   刀具切削产生的残余应力 塑性变形→机械应力→热应力。
    铣削产生的残余应力 温度→介质(离子)→表层→化学→耐磨、疲劳、腐蚀。
    线切割产生的残余应力 温度→介质(离子)→表层→化学→耐磨、疲劳、腐蚀。
   不同热处理工艺的磨削产生的残余应力 温度→介质(离子)→表层→化学→耐磨、疲劳、腐蚀。      
⑷冷加工产生的残余应力
   挤压产生的残余应力 温度→介质(离子)→表层→化学→耐磨、疲劳、腐蚀。
    拉拔产生的残余应力 温度→介质(离子)→表层→化学→耐磨、疲劳、腐蚀。
    冷扎产生的残余应力 再结晶温度以下→表层均匀→变形、稳定、疲劳。
⑸铸、锻造产生的残余应力
   构件截面内保持平衡存在的残余应力 冷却速度→温度梯度。
    构件间保持平衡存在的残余应力 构件尺寸→冷却速度。
    铸造型砂对构件阻力产生的残余应力 砂模→收缩。
    锻造工艺形成的残余应力 温度→内外→拉压。
⑹电镀产生的残余应力
   不同材料镀层的残余应力 电应力→拉伸应力→剥层→开裂。
    不同工艺对镀层形成的残余应力 电解液→电解条件→镀层材料。
⑺焊接产生的残余应力
   焊接结构产生的残余应力 直接应力→间接应力→表层→组织应力→T型、箱型。
   各种焊接工艺产生的残余应力等 气焊→电焊→点焊→等离子堆焊→----。

三 残余应力的分类
根据残余应力相互影响和范围的不同可分为三种 :
    ⑴ 宏观应力:由构件的不同部分的宏观变形不均匀性 引起的,或不均匀外部载荷引起的应力,即体积应力
        (较大的材料区域),宏观尺寸范围内的平衡。
    ⑵ 微观应力:它是由晶粒或亚晶粒之间的变形不均匀性产生的,即组织内部应力或结构的残余应力(材料较小的范围内),在晶粒尺寸内的平衡。
   ⑶ 晶格畸变应力:它是由构件在塑性变形中形成的大量点阵缺陷引起的,或各晶粒内部存在的不均匀的残余应力、位错引起的不均匀变形的应力(极小的材料 区域内),单个晶胞内的平衡。

四 残余应力的测量方法
残余应力的测试方法基本上分为机械方法和物理方法   
一 机械法-有损法
   ⑴ 剖分法 切割→对比
    ⑵ 剥层法 内外→逐层→电测
    ⑶ 盲孔法 半破坏→应变花→电测
    ⑷ 环芯法  铣槽→电测
二 物理法-无损法
      ⑴ X射线衍射法晶体材料→X射线→衍射峰→峰位角
                                                    构件特点→材料性质→测试方案→表面处理→测试点选择→
                                                    →标定→测试参数设置→高压和计数单元的设置→测试分析
      ⑵ 磁性应力法 磁性材料→磁应变→层深测试
      ⑶ 超声弹性法 超声传播→声速时间测量→平均应力
      ⑷ 中子衍射法 衍射峰→穿透深度
      ⑸ 压痕应变法 应变片→打击头
五  残余应力的去除和调整
一 热时效法
     ⑴回火 加工变形→焊接→淬火→温度→时间→速度
      ⑵电阻法 直接加热→局部
二 机械法
      ⑴静载法 自然时效
      ⑵振动时效法 共振和谐波→激振→控制和检测
      ⑶滚压法 压应力→疲劳强度→光洁度→开裂、寿命
      ⑷喷丸法 压应力→抗疲劳→提高硬度→耐腐蚀

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