殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因以及預(yù)防變形的措施

金屬材料在外力作用下發(fā)生塑性變形后會(huì)有殘余應(yīng)力出現(xiàn)！而只發(fā)生彈性變形時(shí)卻不會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。原因：金屬在外力作用下的變形是不均勻的，有的部位變形量大，而有的部位小，它們相互之間又是互相牽連在一起的整體，這樣在變形量不同的各部位之間就出現(xiàn)了一定的彈性應(yīng)力-----當(dāng)外力去除后這部分力仍然存在,就是所謂的殘余應(yīng)力.根據(jù)它們存在的范圍可分為：宏觀應(yīng)力\微觀應(yīng)力和晶格畸變應(yīng)力。注意它們是在一定范圍存在的彈性應(yīng)力。

我們真正關(guān)心的是零件加工后的質(zhì)量。由于毛坯制造過程中會(huì)造成較大的殘余應(yīng)力，而這些零件毛坯中處于“平衡”狀態(tài)的殘余應(yīng)力在加工之前不引起毛坯明顯變形。當(dāng)零件加工之后，原來毛坯中殘余應(yīng)力的“平衡狀態(tài)”被打破，應(yīng)力釋放出來，會(huì)造成零件很快變形而失去應(yīng)有的加工精度。減小毛坯中因制造而殘留在毛坯內(nèi)部殘余應(yīng)力對(duì)零件加工質(zhì)量的影響，通常要進(jìn)行消除應(yīng)力的熱處理，對(duì)要求精度高的零件要在粗加工后進(jìn)行人工時(shí)效處理，加快殘余應(yīng)力的重新分布面引起的變形過程，然后再精加工。不僅對(duì)細(xì)長(zhǎng)軸，而且包括所有要經(jīng)過冷校直的零件(如型鋼、導(dǎo)軌)，應(yīng)當(dāng)注意殘余應(yīng)力對(duì)零件加工精度的影響。

影響高精度零件質(zhì)量的殘余應(yīng)力主要是在加工過程中產(chǎn)生的。在切削過程中的殘余應(yīng)力由機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力兩種外因引起。機(jī)械應(yīng)力塑性變形是切削力使零件表層金屬產(chǎn)生塑性變形，切削完成后又受到里層未變形金屬牽制而殘留拉應(yīng)力(里層金屬產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力)。第三變形區(qū)內(nèi)后刀面與已加工表面的擠壓與摩擦又使表面金屬產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力(里層金屬產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力)。變形區(qū)內(nèi)應(yīng)力造成的殘余應(yīng)力大于第三變形區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，則機(jī)械應(yīng)力所造成的殘余應(yīng)力表現(xiàn)為殘余拉應(yīng)力。反之，由于機(jī)械應(yīng)力引起的殘余應(yīng)力為殘余壓應(yīng)力。

在機(jī)械應(yīng)力引起零件的殘余應(yīng)力的同時(shí)，切削熱也引起殘余應(yīng)力。切削中表面層金屬受熱膨脹產(chǎn)生的塑性變形受里層低溫金屬阻礙而產(chǎn)生應(yīng)力，在切削后的冷卻過程中，表層金屬體積收縮受里層金屬阻礙而產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。當(dāng)切削溫度高于材料相變溫度產(chǎn)生相變時(shí)，熱變形引起的殘余應(yīng)力會(huì)更大。綜合切削過程中的機(jī)械應(yīng)力與熱應(yīng)力的作用結(jié)果，決定了已加工表面殘余應(yīng)力的大小。

應(yīng)力分析儀

磨削加工中磨削熱造成零件相變而體積膨脹、冷卻液作用及磨粒擠壓金屬都能夠引起零件表層的殘余應(yīng)力。

磨削殘余應(yīng)力不僅引起零件變形，嚴(yán)重的磨削殘余應(yīng)力還可能導(dǎo)致零件的磨削裂紋。減小殘余應(yīng)力及其所引起變形的措施，原則上是在加工中增加去應(yīng)力工序。使精加工之前消除零件的殘余應(yīng)力，尤其一些儀器用的精加工零件，去應(yīng)力人工時(shí)效往往是必不可少的工序。

塑性變形中外力所作的功除大部分轉(zhuǎn)化成熱之外，還有一小部分以畸變能的形式儲(chǔ)存在形變材料內(nèi)部。這部分能量叫做儲(chǔ)存能。儲(chǔ)存能的具體表現(xiàn)方式為：宏觀殘余應(yīng)力、微觀殘余應(yīng)力及點(diǎn)陣畸變。按照殘余應(yīng)力平衡范圍的不同，通常可將其分為三種：
（1）一類內(nèi)應(yīng)力，又稱宏觀殘余應(yīng)力，它是由工件不同部分的宏觀變形不均勻性引起的，故其應(yīng)力平衡范圍包括整個(gè)工件。例如，將金屬棒施以彎曲載荷，則上邊受拉而伸長(zhǎng)，下邊受到壓縮；變形超過彈性極限產(chǎn)生了塑性變形時(shí)，則外力去除后被伸長(zhǎng)的一邊就存在壓應(yīng)力，短邊為張應(yīng)力。這類殘余應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的畸變能不大，僅占總儲(chǔ)存能的0.1％左右。
（2）第二類內(nèi)應(yīng)力，又稱微觀殘余應(yīng)力，它是由晶�；騺喚ЯＶ�間的變形不均勻性產(chǎn)生的。其作用范圍與晶粒尺寸相當(dāng)，即在晶�；騺喚ЯＶ�間保持平衡。這種內(nèi)應(yīng)力有時(shí)可達(dá)到很大的數(shù)值，甚至可能造成顯微裂紋并導(dǎo)致工件破壞。
（3）第三類內(nèi)應(yīng)力，又稱點(diǎn)陣畸變。其作用范圍是幾十至幾百納米，它是由于工件在塑性變形中形成的大量點(diǎn)陣缺陷（如空位、間隙原子、位錯(cuò)等）引起的。變形金屬中儲(chǔ)存能的絕大部分（80％~90％）用于形成點(diǎn)陣畸變。這部分能量提高了變形晶體的能量，使之處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，故它有一種使變形金屬重新恢復(fù)到自由焓最低的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)狀態(tài)的自發(fā)趨勢(shì)，并導(dǎo)致塑性變形金屬在加熱時(shí)的回復(fù)及再結(jié)晶過程。