殘余應(yīng)力產(chǎn)生及消除方法 

殘余應(yīng)力產(chǎn)生：

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

 

( 一 )冷塑性變形引起的殘余應(yīng)力 

在切削力作用下，已加工表面受到強(qiáng)烈的冷塑性變形，其中以刀具后刀面對(duì)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(shí)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(fù)，但受到已產(chǎn)生塑性變形的表面層的限制，恢復(fù)不到原狀，因而在表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。   

( 二 )熱塑性變形引起的殘余應(yīng)力 

工件加工表面在切削熱作用下產(chǎn)生熱膨脹，此時(shí)基體金屬溫度較低，因此表層金屬產(chǎn)生熱壓應(yīng)力。當(dāng)切削過(guò)程結(jié)束時(shí)，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(yīng)力。切削溫度越高，熱塑性變形越大，殘余拉應(yīng)力也越大，有時(shí)甚至產(chǎn)生裂紋。磨削時(shí)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(yīng)力  

切削時(shí)產(chǎn)生的高溫會(huì)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(jié)果造成了體積的變化。表面層體積膨脹時(shí)，因?yàn)槭艿交�體的限制，產(chǎn)生了壓應(yīng)力；反之，則產(chǎn)生拉應(yīng)力。 

 

消除方法：

一、自然時(shí)效

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

 

二、 熱時(shí)效

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

構(gòu)件加熱到400－700°C時(shí)，技術(shù)構(gòu)件即具有相當(dāng)?shù)膯涡�，同時(shí)具有明顯的塑性，這個(gè)溫度范圍稱(chēng)為彈性轉(zhuǎn)變溫度。

2.影響熱時(shí)效效果的因素

a. 熱時(shí)效中，退火溫度是影響消除殘余應(yīng)力效果的最重要因素。

b. 熱時(shí)效保溫時(shí)間

c. 熱時(shí)效升溫速度

d. 熱時(shí)效降溫速度

e. 熱時(shí)效爐的溫差

f. 工件在爐中的放置與支撐

 

三、振動(dòng)時(shí)效法

振動(dòng)時(shí)效的實(shí)質(zhì)是以共振的形式給工件施加附加動(dòng)應(yīng)力，當(dāng)附加動(dòng)應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加后，達(dá)到或超過(guò)材料的屈服極限時(shí)，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(yīng)力，并使其尺寸精度達(dá)到穩(wěn)定。其特點(diǎn)有：

1. 投資少

2. 生產(chǎn)周期短

3. 使用方便

4. 適應(yīng)性強(qiáng)

5. 節(jié)約能源，降低成本

6. 機(jī)械性能顯著提高

7. 符合環(huán)保要求

8. 操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化。

可避免金屬零件在熱時(shí)效過(guò)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(guò)載法    

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

用于焊接件時(shí)需要將載荷加大到使原來(lái)應(yīng)力與附加應(yīng)力之和接近于材料的屈服極限，才能消除殘余應(yīng)力。

靜態(tài)過(guò)載法的精度穩(wěn)定性效果，取決于附加應(yīng)力的大小及應(yīng)力下保持時(shí)間。

特別指出，靜態(tài)過(guò)載法處理后構(gòu)件中仍然保持著相當(dāng)大的殘余應(yīng)力。 

五、熱沖擊時(shí)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(shí)效工藝法。

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

六、 聲波時(shí)效法

超聲波時(shí)效法首先在前蘇聯(lián)誕生，并在發(fā)達(dá)國(guó)家得到推廣，該方法起先主要應(yīng)用于船舶、核潛艇、航空航天等對(duì)消除應(yīng)力非常嚴(yán)格的軍事領(lǐng)域。但是由于超聲波法只能解決構(gòu)件表層一定深度內(nèi)的應(yīng)力問(wèn)題，所以相對(duì)應(yīng)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(qiáng)化是行之有效、應(yīng)用廣泛的強(qiáng)化零件的手段，噴丸的同時(shí)也改變了表面殘余應(yīng)力狀態(tài)和分布，而噴丸產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力又是強(qiáng)化機(jī)理中的重要因素。