殘余應(yīng)力是指材料、構(gòu)件或零部件在無外力作用時營造一處,內(nèi)部自身保持平衡的應(yīng)力真諦所在。它是材料在加工制造(如鑄造深刻認識、鍛造、焊接、切削加工核心技術體系、熱處理等)或使用過程中,因不均勻的塑性變形有所增加、相變、溫度變化或外部載荷去除后未能完1全釋放的應(yīng)力,以自平衡狀態(tài)存在于材料內(nèi)部供給。
加工制造過程
熱加工:如鑄造全過程、焊接、熱處理時積極參與,材料各部位冷卻速度不均優勢領先,導(dǎo)致收縮或膨脹不一致(如焊接時焊縫區(qū)高溫膨脹受周邊低溫區(qū)域約束,冷卻后形成拉應(yīng)力)探討。
機械加工:切削新技術、磨削等工藝會使表面層產(chǎn)生塑性變形,內(nèi)部彈性變形區(qū)域試圖恢復(fù)原狀基石之一,導(dǎo)致表面形成殘余應(yīng)力(如磨削常產(chǎn)生表面壓應(yīng)力)基礎上。
相變:材料熱處理(如淬火)時,不同區(qū)域相變時間或組織轉(zhuǎn)變不完1全(如馬氏體與奧氏體比容差異)行業分類,引發(fā)內(nèi)應(yīng)力預下達。
裝配與使用過程
按作用范圍分類
宏觀殘余應(yīng)力(第一類應(yīng)力):作用于材料宏觀區(qū)域(如構(gòu)件整體或較大體積),應(yīng)力平衡范圍可達(dá)毫米級重要作用。例如焊接件中沿焊縫長度方向的拉應(yīng)力高質量。
微觀殘余應(yīng)力(第二類應(yīng)力):作用于晶粒或亞晶粒尺度很重要,應(yīng)力在晶粒間或晶內(nèi)不同區(qū)域平衡,尺度為微米級。例如多晶材料中各晶粒變形不均勻產(chǎn)生的應(yīng)力保護好。
超微觀殘余應(yīng)力(第三類應(yīng)力):存在于原子尺度能力和水平,由晶格畸變(如位錯、空位等缺陷)引起充足,影響材料力學(xué)性能(如強度註入了新的力量、韌性)。
按應(yīng)力性質(zhì)分類
測量方法分為
無損檢測(如超聲波法完成的事情、磁測法、中子衍射法)和
有損檢測(如鉆孔法為產業發展、剝層法)研究成果,具體選擇需根據(jù)材料類型、應(yīng)力深度穩定、精度要求等確定(詳見
殘余應(yīng)力測量方法介紹)機製性梗阻。
工藝優(yōu)化:改進加工流程(如焊接時采用對稱施焊、預(yù)熱緩冷)廣泛關註,減少應(yīng)力產(chǎn)生源頭改造層面。
熱處理:通過退火、回火等工藝消除或降低殘余應(yīng)力(如鑄件的去應(yīng)力退火)各項要求。
機械處理:噴丸大面積、振動時效等方法使材料產(chǎn)生微小塑性變形,釋放應(yīng)力并調(diào)整應(yīng)力分布優勢與挑戰。
數(shù)值模擬:利用有限元分析(FEA)預(yù)測加工過程中的應(yīng)力分布集成應用,指導(dǎo)工藝參數(shù)優(yōu)化。
殘余應(yīng)力的研究對航空航天問題分析、機械制造迎來新的篇章、能源等領(lǐng)域的質(zhì)量控制和可靠性提升具有重要意義,例如通過控制殘余應(yīng)力可延長零部件壽命不負眾望、減少故障風(fēng)險