残余应力的产生与消除.docx

残余应力的产生与消除残余应力的产生、释放与测量一、 残余应力的产生产生残余应力的原因归结为三类:一是不均匀的塑性变形;二是不均匀的温度变化;三是不均匀的相变。根据产生残余应力机理的不同,可将其分为热应力和组织应力,车轴热处理后的残余应力是热应力与组织应力的综合作用结果。由于构件内、外部温度不均,引起材料的收缩与膨胀而产生的应力称为“热应力”热应力是由于快速冷却时工件截面温差造成的,淬火冷却速度与工件截面尺寸共同决定了热应力的大小。在相同冷却介质的情况下,淬火加热温度越高、截面尺寸越大、钢材热导率和线膨胀系数越大,均能导致淬火件内外温差增大,热应力越大。而加工过程中,由工件内外组织转变的时刻不同多引起的内应力成为“组织应力”。淬火时,表层材料先于内部开始马氏体的相变,并引起体积膨胀,由于表层的体积膨胀受到未转变的心部的牵制,于是在试样表层产生压应力,心部产生拉应力。随着冷却的进行,心部体积膨胀有收到表层的阻碍。随着心部马氏体相变的体积效应逐渐增大,在某个瞬间组织应力状态暂时为零后,式样的组织应力发生反向,最终形成表层为拉应力而心部为压应力的应力状态。组织应力大小与钢的含碳量、淬火件尺寸、在马氏体转变温度范围内的冷却速度、钢的导热性及淬透性、加热温度、保温时间等因素有关。二、 残余应力的释放针对工件的具体服役条件,采取一定的工艺措施,消除或降低对其使用性能不利的残余拉应力,有时还可以引入有益的残余压应力分布,这就是残余应力的调整问题。通常调整残余应力的方法有:自然时效把工件置于室外,经气候、温度的反复变化,在反复温度应力作用下,使残余应力松弛、尺寸精度获得稳定。一般认为,经过一年自然时效的工件,残余应力仅下降2%〜10%,但工件的松弛刚度得到了较大地提高,因而工件的尺寸稳定性很好。但由于时效时间过长,一般不釆用。热时效热时效是传统的时效方法,利用热处理中的退火技术,将工件加热到500〜650°C进行较长时间的保温后再缓慢冷却至室温。在热作用下通过原子扩散及塑性变形使内应力消除。从理论上讲采用热时效,只要退火温度和时间适宜,应力可以完全消除。但在实际生产中通常可以消除残余应力的70〜80%,但是它有工件材料表面氧化、硬度及机械性能下降等缺陷。振动时效振动时效是使工件在激振器所施加的周期性外力作用下产生共振,松弛残余应力,获得尺寸精度稳定性。也就是在机械的作用下,使构件产生局部的塑性变形,从而使残余应力得到释放,以达到降低和调整残余应力的目的。其特点是处理时间短、适用范围广、能源消耗少、设备投资小,操作简便,因此振动时效在70年代从发达国家引进后在国内被大力推广静态过载法 静态过载法是以静力或静力矩的形式, 暂时加载于构件上,并在这种载荷下保持一段时间,从而使零件尺寸精度获得稳定的时效方法。用于焊接件时需要将载荷加大到使原来应力与附加应力之和接近于材 料的屈服极限,才能消除残余应力。静态过载法的精度稳定性效果, 取决于附加应力的大小及应力下保持时间。——特别指出,静态过载法处理后构件中仍然保持着相当大的残余应力。——热冲击时效法1970年前后出现的一种新颖的稳定工件尺寸精度的时效工艺法。其——实质就是将工件进行快速加热,使加热过程中造成的热应力正好与残余应力叠加,超过材料的屈服极限引起塑性变形,从而使原始残余应力很快松弛并稳定化。超声波时效法超声波时效法首先