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标题: 解读残余应力 [打印本页]

作者: 革命尚未成功    时间: 2017-5-17 10:47
标题: 解读残余应力

残余应力、也称内应力,是指当外部载荷去掉以后,仍存留在工件内部的应力。残余应力是由于金属内部组织,发生了不均匀的体积变化而产生的。其外界因素来自热加工和冷加工。具有内应力的工件,是处在一种不稳定状态之中,其内部的组织有强烈地恢复到没有内应力的稳定状态的倾向。工件的形状逐渐改变(如翘曲变形)从而丧失其原有精度。如果把存在内应力的工件装配到机器中,则会因其在使用中的变形而破坏整台机器的精度。


二、残余应力的来源

外力使零件变形,其中引起塑性变形的外力作的功,以零件内部材料变形而存贮在零件内。当外力消除以后,应力不均匀的能量要释放出来,引起了零件缓慢地变形,即残余应力作功,直到能量全部释放出来为止。在机械制造中,各种工艺过程往往都会产生残余应力。但是,如果从本质上讲,产生残余应力的原因可以归结为:

(1)不均匀的塑性变形;

(2)不均匀的温度变化;

(3)不均匀的相变。

三、残余应力对机械零部件的影响


(1)引起物体尺寸和形状的变化。当在变形物体内存在残余应力时,则物体将会产生相应的弹性变形或晶格畸变,引起物体尺寸和形状改变。

(2)使零件的使用寿命缩短。因残余应力本身是相互平衡的,所以当具有残余应力的物体受载荷时,就会造成应力在物体内的分布不均。此时工作应力达到材料的屈服强度时,物体将会产生塑性变形;达到材料的断裂强度时,物体将会产生断裂,从而缩短了零件的使用寿命。

(3)降低了金属的塑性、冲击韧性。当具有残余应力的物体继续进行塑性加工时,由于残余应力的存在可加强物体内的应力和变形的不均匀分布,使金属的变形抗力升高,塑性降低。

(4)降低金属的耐蚀性以及和疲劳强度等。由于零件内部的残余应力,使其处于高能量状态,易与氧化介质发生化学作用,造成腐蚀,即应力腐蚀,从而降低了零件的耐蚀性,残余应力还改变了材料表面受载时的应力分布,降低疲劳强度。

四、残余应力对零部件加工的影响


对切削加工过程的影响车削零件的毛坯,一般为铸件、锻件、型材和经过热处理的半成品,由于毛坯在形成的过程中,有过温度的剧烈变化及受力变形,因此内部具有残余应力,在切削时形状发生变化,原应力平衡状态被打破,导致了切削过程的变形。

五、减小消除残余应力的措施方法


(1)采用合理的工艺结构,避免厚薄不匀,尖角结构等,铸件宜使用铸造圆角。

(2) 合理安排工艺路线,对于精密零件,粗、精加工分开。

(3) 采用合理的切削条件。使用较小的切削和走刀量以及较高的切削速度,使用锋利的刀具和使用切削液进行润滑冷却。

(4)采取时效处理技术

       自然时效处理

     热时效处理

    振动时效处理。这是消除残余应力、减少变形以及保持工件尺寸稳定的一种新方法。可用于铸造件、锻件、切削加工工件等。它是以激振的形式,将机械能加到含有大量残余应力的工件内,引起工件金属内部晶格错位蠕变,使金属的结构状态稳定,以减少和消除工件的内应力。不需庞大的设备,经济简便,效率高。频谱谐波时效技术是在此技术上的发展,能消除60-70%的应力,在稳定尺寸和形状精度上非常有效。

HK2012设备(采用先进的频谱谐波时效技术)

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