拿什么拯救被残余应力攻占的零部件？！

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残余应力是指在没有对物体施加外力时，物体内部存在的保持自相平衡的应力系统。它是固有应力或内应力的一种。

产生残余应力的机理：

各种机械加工工艺如铸造、切削、焊接、热处理、装配等都会产生不同程度残余应力。

一、机械加工引起的残余应力

二、温度不均匀引起的残余应力

这种残余应力的产生主要有以下两种原因：第一是由于温度不均匀造成局部热塑性变形；第二是由于相变引起的体积膨胀不均匀造成局部塑性变形。

三、构件尺寸公差引起的残余应力

在焊接、铆接、螺钉连接时往往有公差配合问题。如船体分段对接时必须将对接钢板拉到一起，这些由外力拉到一起而组合的结构，当外力去除后，整个系统就出现了残余应力。这种应力一般来说属于结构应力，大多数情况下处于弹性状态。

残余应力的影响

金属构件（铸件、焊接件、锻件），在加工过程中，产生残余应力，高者在屈服极限附近。构件中的残余应力大多数表现出很大的危害作用；如使构件的强度降低、降低工件疲劳极限、造成应力腐蚀和脆性断裂，由于残余应力的松弛，使构件产生变形，影响了构件的尺寸精度。因此降低和消除构件的残余应力，就显得十分必要。

1、对金属材料屈服极限的影响

如果材料具有拉伸残余应力，相当于降低了材料的拉伸屈服极限。如果材料具有压缩残余应力的情况，使拉伸屈服极限提高而压缩屈服极限降低。

2、残余应力对疲劳寿命的影响

人们很早就知道，当受到交变应力的构件存在压缩残余应力时，该构件的疲劳强度会有所提高，而存在拉伸残余应力时，其疲劳强度会有所下降。

电镀处理的残余应力由于工艺电流、电镀液种类、温度等的不同，使其分布和量值的差异很大，因此电镀残余应力对疲劳强度的影响变化也很大。多数金属在电镀后表面产生拉伸残余应力，因此将大大降低疲劳强度。

3、残余应力对构件变形的影响

残余应力是一个不稳定的应力状态。当构件受到外力作用时，作用应力与残余应力的相互作用，使某些局部呈现塑性变形，截面内应力重新分配，当外力作用去除时整个构件将要发生变形。所以残余应力明显地影响着加工后的构件精度。

4、残余应力对金属脆性破坏的影响

残余应力是作为初始应力存在于构件内，特别是拉伸残余应力与作用拉应力叠加而加速了脆性破坏。

5、残余应力对应力腐蚀开裂的影响

金属与周围介质的接触而产生化学作用所引起的破坏称做腐蚀。如果在发生腐蚀的同时还有应力的作用，则会加速腐蚀破坏，这就是应力腐蚀开裂。它的特点是：一是拉应力与腐蚀共存。二是由于材料成分和组织不同、介质不同等，对应力腐蚀的敏感性也不同。有时在不发生腐蚀的介质中，有些金属在应力作用下也发生应力腐蚀现象。三是在应力腐蚀开裂过程中，首先出现点蚀，再逐步扩展成裂纹，裂纹的扩展主要是沿着最大主应力垂直的方向进行，在微观上是沿着材料晶界或穿过晶粒进行。

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残余应力的消除方法

1、锤击法

利用钢锤锤击工件残余应力聚集的部位，使工件接受锤击的金属表面受到锤击的压应力，发生局部的塑性变形，从而减小残余应力的峰值，改善和均衡工件原有残余应力的分布，避免工件的脆性破坏。

这种方法特别适合与焊接件，且在焊接加工场合应用广泛，对冲压件使用不多。

2、振动时效法

利用专有设备使工件在专用设备的周期性外力作用下发生共振，使工件内部的微观组织晶粒发生滑移和晶内孪生，从而削减残余应力的峰值，改善和均衡工件原有的残余应力的分布。

这种方法在一小时内可以消除约50%的残余应力或削减约50%残余应力的峰值，是使用最普遍的方法之一，处理效率高，节约成本，但最大缺点是不能完全消除工件内聚集的残余应力。

振动时效设备可以有效降低铸造应力峰值均化应力防止后期变形

3、热处理时效

是传统的消除残余应力的方法，又称为人工时效。它借助热处理设施，将工件由室温缓慢、均匀加热至600℃左右，并在此温度保温4-8h，而后温度缓慢冷却到120℃以下，再出炉冷却至室温。

这种方法消除残余应力的效果很好，消除速度快、充分，是至今最实用的方法之一。

4、自然时效

是将工件放置于室外，任其“风餐宿露”，在静置过程中释放和消除残余应力。 这种方法不适用于工业化大批量生产的产品。但是，对于高价值和高精度设备的关键部件，则采用人工时效+自然时效的方法较为普遍。

5、焊接应力消除

焊接中焊缝处温度迅速升高，体积膨胀。热影响区温度低，阻碍焊缝膨胀，结果焊缝处产生压应力，热影响区产生拉应力。但此时焊缝处于塑性状态，焊缝被压应力墩粗，松弛了此应力。

焊后冷却时，热影响区冷却速度快，很快进入弹性状态，焊缝处温度高，处于塑性状态。这时焊缝收缩，较热影响区收缩慢，焊缝阻碍热影响区收缩，焊缝仍受压应力，影响区受拉应力。但焊缝处于塑性状态，焊缝的塑性墩粗，松弛了此应力。

焊接应力消除设备有效消除焊接残余应力80%以上延长焊接结构寿命防止焊接变形

6、机械加工应力消除的方法

在切削加工后采取一些处理措施，也可以对已加工表面的残余应力进行调整，表面强化处理就是目前较常用的方法之一。表面强化处理工艺是通过对零件表面的冷挤压使之发生冷态塑性变形，从而提高其表面硬度、强度，并形成表面残余压应力的加工工艺。常用的表面强化工艺有喷丸强化和滚压强化。喷丸强化是利用大量高速运动中的珠丸冲击零件表面，使打击处发生塑性变形和塑性流动，表面产生冷硬层和残余压应力。珠丸大多采用钢丸，利用压缩空气或离心力进行喷射。这种方法适用于不规则表面和形状复杂的表面，如弹簧、连杆等的强化。滚压强化是用可自由旋转的滚子对零件表面均匀地加力挤压，使表面得到强化并在表面形成残余压应力，适用于规则表面如外圆、孔和平面等的强化加工，可在原机床上加装滚压工具进行。

设备正在加工轴类产品，有效消除机械加工应力

预应力切削是一种通过切削工艺使机械零件加工表面产生残余压应力的方法，即切削前预先给零件施加一个弹性范围内的预应力，切削过程中零件加工表面会产生弹性变形，切削后释放该预应力，由于基体的弹性恢复，已加工表面会产生残余压应力。预应力切削既不需要购买昂贵的设备，又不会增加零件加工表面的硬度，只需通过切削加工就能使加工表面产生残余压应力，因此其具有良好的发展前景。

切削加工表面残余应力的产生是机械应力和热应力共同作用下引起的不均匀塑性变形的结果，对零件的使用性能和寿命有着直接的影响。在实际生产过程中，需要针对表面层残余应力产生的原因以及影响因素，通过综合运用本文介绍的工艺手段，以及合理选择切削参数、刀具等，可以有效地调整和消除已加工表面的残余应力。

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