呼和浩特振動時效機、包頭時效振動儀
殘余應力的產(chǎn)生
殘余應力是指在沒有對物體施加外力時，物體內(nèi)部存在的保持自相平衡的應力系統(tǒng)。它是固有應力或內(nèi)應力的一種。
產(chǎn)生殘余應力的機理：
各種機械加工工藝如鑄造、切削、焊接、熱處理、裝配等都會產(chǎn)生不同程度殘余應力。下面用力學模型分析殘余應力產(chǎn)生的原因。
一、機械加工引起的殘余應力
這是金屬構(gòu)件在加工中易產(chǎn)生的殘余應力。當施加外力時，物體的一部分出現(xiàn)塑性變形，卸載后，塑性變形部分，限制了與其相鄰部分變形的恢復，因而出現(xiàn)了殘 余應力。如圖1.1a所示，當一均勻梁受純彎曲且上下表面進入塑性時，沿橫截面各層上的應變分布如aa`線所示。其中mn部分產(chǎn)生了塑性變形，而no部分 仍處于彈性狀態(tài)。當外力去除時梁的變形得到恢復，各點的應變也得到釋放，但梁的上表面m點深至n點這一層內(nèi)已產(chǎn)生塑性變形，設(shè)上表面m點的塑性應變?yōu)?/span> εt，則當截面mm`各點的應變恢復到折線bnon`b`時，整個截面內(nèi)將不存在應力。但實際上梁截面內(nèi)應變分布是以中性層為坐標原點的線性分布，所以當 上表面的應變值從εa降至εt時，截面內(nèi)各點仍有不平衡的彈性應變?nèi)?/span>△bon所示。因此梁的變形將繼續(xù)恢復，并使表面往下某一深度內(nèi)產(chǎn)生壓縮應變?nèi)?/span> △bpc所示。這時梁內(nèi)出現(xiàn)了如圖1.1b所示的應力分布。直到所有的應力在梁軸向總和為零且對o點的力矩為0時，截面處于平衡狀態(tài)而不再發(fā)生變形。這時 沿截面各點出現(xiàn)了正負相間的自相平衡的應力系統(tǒng)，這就是殘余應力。
上述分析可見，構(gòu)件在外力作用下出現(xiàn)局部的塑性變形，當外力去除時，這些局部的塑性變形限制了整個截面變形的恢復，因此產(chǎn)生了殘余應力。這種由局部塑性變形引起的殘余應力，在很多加工工藝中均會出現(xiàn)，如鍛壓、切削、冷拔、冷彎等等。這種殘余應力往往是很大的。
二、溫度不均勻引起的殘余應力
這種殘余應力的產(chǎn)生主要有以下兩種原因：*是由于溫度不均勻造成局部熱塑性變形；第二是由于相變引起的體積膨脹不均勻造成局部塑性變形。
1、于熱塑性變形不均而產(chǎn)生的殘余應力；
金 屬材料在高溫下其性能將發(fā)生很大的變化，如屈服極限、彈性模量等都隨溫度的升高而下降。如果構(gòu)件上溫度場的溫度階梯較大，則屈服極限和彈性模量的分布也是 不均勻的，因此在高溫下出現(xiàn)的熱塑性也是不均勻的。如圖1.2所示，是材料在不同溫度下的屈服極限的變化曲線。從圖中可以看出，材料在0—500℃階段的 屈服極限基本不變，等于常溫時的屈服極限σs 。當溫度在500—600℃階段時，材料的屈服極限成線形下降至接近于零。當溫度超過600℃以后，可以認為屈服極限為零。
2、因組織改變而產(chǎn)生的殘余應力呼和浩特振動時效機、包頭時效振動儀
從 圖1.2中可見，如果溫度大于600℃，其應力變化與低溫時是相似的。但由于這時材料的屈服極限接近于零。因此很容易出現(xiàn)熱塑性變形。變形恢復時受的阻力 也比前者大，所以殘余應力也較大，但產(chǎn)生殘余應力的條件是不變的。高溫中的另一個問題就是由相變引起的相變應力。金屬的組織發(fā)生相變時，會出現(xiàn)體積的突然 膨脹。如果這種膨脹是均勻的，則如同構(gòu)件均勻熱膨脹一樣，沒有約束的情況下不產(chǎn)生應力。但是由于構(gòu)件的組織成分不均勻，溫度分布不均勻等等原因，造成構(gòu)件 各部分相變時間不同，體積膨脹不均勻，因此使各部分間出現(xiàn)互相約束而產(chǎn)生了殘余應力。
三、構(gòu)件尺寸公差引起的殘余應力
在焊接、鉚接、螺釘連接時往往有公差配合問題。如船體分段對接時必須將對接鋼板拉到一起，這些由外力拉到一起而組合的結(jié)構(gòu)，當外力去除后，整個系統(tǒng)就出現(xiàn)了殘余應力。這種應力一般來說屬于結(jié)構(gòu)應力，大多數(shù)情況下處于彈性狀態(tài)。
總之，殘余應力的產(chǎn)生是由于構(gòu)件某一部分的變形恢復受到約束而造成的。局部不均勻的塑性變形的出現(xiàn)，是產(chǎn)生殘余應力的普遍原因。一個構(gòu)件上殘余應力的分布狀態(tài)是由各種原因產(chǎn)生的殘余應力的綜合值來決定的，因此它的分布規(guī)律是隨機的，給測量和研究帶來較大的困難。
