殘余應力產生、分類、測量及去除
一 殘余應力的產生原因
一個構件在生產、加工及處理過程中,受到了不均勻應力場、應變場、溫度場、材料組織的不均勻性等內在和外在的影響,在構件完成后仍然保留下來的應力。構件在沒有外部因素作用下,構件內部保持平衡而存在的應力。
當一個構件承受載荷超過了彈性極限范圍,卸去載荷后構件內殘存的應力。
二 殘余應力產生原因的分類
⑴熱處理產生的殘余應力
熱應力和相變應力 溫度→約束/溫度→組織→體積。
⑵表面處理產生的殘余應力
表面氮化產生的殘余應力溫度→介質(離子)→表層→化學→耐磨、疲勞、腐蝕。
高頻淬火產生的殘余應力 磁場(激光、電子束、火焰)→表層趨膚。
滲碳淬火產生的殘余應力 壓縮應力→疲勞→高硬→耐磨。
火焰淬火產生的殘余應力 高溫→深表層→淬火應力。
激光淬火產生的殘余應力 激光束→表層→相變→壓縮淬火應力。
堆焊滾壓產生的殘余應力 殘硬化層→裂紋擴展→抗蝕。
表面噴涂產生的殘余應力 表面強化→修復→長效防蝕。
離子鍍產生的殘余應力 真空介質→氣體放電→電子束→強化層→壽命→裝飾。
⑶切削和磨削產生的殘余應力
刀具切削產生的殘余應力 塑性變形→機械應力→熱應力。
銑削產生的殘余應力 溫度→介質(離子)→表層→化學→耐磨、疲勞、腐蝕。
線切割產生的殘余應力 溫度→介質(離子)→表層→化學→耐磨、疲勞、腐蝕。
不同熱處理工藝的磨削產生的殘余應力 溫度→介質(離子)→表層→化學→耐磨、疲勞、腐蝕。
⑷冷加工產生的殘余應力
擠壓產生的殘余應力 溫度→介質(離子)→表層→化學→耐磨、疲勞、腐蝕。
拉拔產生的殘余應力 溫度→介質(離子)→表層→化學→耐磨、疲勞、腐蝕。
冷扎產生的殘余應力 再結晶溫度以下→表層均勻→變形、穩(wěn)定、疲勞。
⑸鑄、鍛造產生的殘余應力
構件截面內保持平衡存在的殘余應力 冷卻速度→溫度梯度。
構件間保持平衡存在的殘余應力 構件尺寸→冷卻速度。
鑄造型砂對構件阻力產生的殘余應力 砂模→收縮。
鍛造工藝形成的殘余應力 溫度→內外→拉壓。
⑹電鍍產生的殘余應力
不同材料鍍層的殘余應力 電應力→拉伸應力→剝層→開裂。
不同工藝對鍍層形成的殘余應力 電解液→電解條件→鍍層材料。
⑺焊接產生的殘余應力
焊接結構產生的殘余應力 直接應力→間接應力→表層→組織應力→T型、箱型。
各種焊接工藝產生的殘余應力等 氣焊→電焊→點焊→等離子堆焊→----。
三 殘余應力的分類
根據(jù)殘余應力相互影響和范圍的不同可分為三種 :
⑴ 宏觀應力:由構件的不同部分的宏觀變形不均勻性 引起的,或不均勻外部載荷引起的應力,即體積應力
(較大的材料區(qū)域),宏觀尺寸范圍內的平衡。
⑵ 微觀應力:它是由晶粒或亞晶粒之間的變形不均勻性產生的,即組織內部應力或結構的殘余應力(材料較小的范圍內),在晶粒尺寸內的平衡。
⑶ 晶格畸變應力:它是由構件在塑性變形中形成的大量點陣缺陷引起的,或各晶粒內部存在的不均勻的殘余應力、位錯引起的不均勻變形的應力(極小的材料 區(qū)域內),單個晶胞內的平衡。
四 殘余應力的測量方法
殘余應力的測試方法基本上分為機械方法和物理方法
一 機械法-有損法
⑴ 剖分法 切割→對比
⑵ 剝層法 內外→逐層→電測
⑶ 盲孔法 半破壞→應變花→電測
⑷ 環(huán)芯法 銑槽→電測
二 物理法-無損法
⑴ X射線衍射法晶體材料→X射線→衍射峰→峰位角
構件特點→材料性質→測試方案→表面處理→測試點選擇→
→標定→測試參數(shù)設置→高壓和計數(shù)單元的設置→測試分析
⑵ 磁性應力法 磁性材料→磁應變→層深測試
⑶ 超聲彈性法 超聲傳播→聲速時間測量→平均應力
⑷ 中子衍射法 衍射峰→穿透深度
⑸ 壓痕應變法 應變片→打擊頭
五 殘余應力的去除和調整
一 熱時效法
⑴回火 加工變形→焊接→淬火→溫度→時間→速度
⑵電阻法 直接加熱→局部
二 機械法
⑴靜載法 自然時效
⑵振動時效法 共振和諧波→激振→控制和檢測
⑶滾壓法 壓應力→疲勞強度→光潔度→開裂、壽命
⑷噴丸法 壓應力→抗疲勞→提高硬度→耐腐蝕