【残余应力】全方位解读，让你不再迷茫
残余应力是内应力的一种，是去除外部载荷后工件内部残留的应力。这主要是金属内部组织体积变化不均匀造成的，外部因素主要有热加工和冷加工。
残余应力的存在使工件不稳定并引起翘曲等形状变化，影响工件的精度和整体结构稳定性。
在机械制造中，每个工序都会产生残余应力。
其根本原因包括不均匀塑性变形、温度变化、相变等。
残余应力可分为热应力、相变应力和收缩应力三类，其影响范围和程度各不相同。
热应力主要是由于铸件不同部位的冷却速度不同造成的，导致较薄的部位产生压应力，较厚的部位产生拉应力。
相变应力是铸铁在不同温度下发生相变时体积变化而产生的，与热应力方向相反，常被热应力所抵消。
收缩应力是铸件在固态时收缩，受到模具、型芯等阻碍，产生不均匀的塑性变形和残余应力而产生的。
残余应力根据平衡范围分为宏观、微观和晶格应变三种类型，每种类型都会影响工件的尺寸、形状、寿命、机械性能和耐腐蚀性能。
残余应力对机械部件有显着影响，包括尺寸和形状的变化、使用寿命缩短、塑性、冲击韧性和耐腐蚀性降低。
加工零件时，由于残余应力的存在，会产生残余应力，影响加工时的变形。
为了减少和消除残余应力，合理化工艺结构、路线和切削条件，引入时效处理技术是有效的。
时效处理包括自然时效、热时效、振动时效等，是成本低、效率高的新技术，可以有效减少和消除残余应力，保持尺寸稳定性。
为了准确测量残余应力，东莞材料科学研究所残余应力实验室提供了多种高精度检测方法，包括X射线衍射、钻孔、轮廓分析、中子衍射和FIB-DIC。
在各种过程中对复杂样品从表面到内部进行残余应力测量。
这些方法具有不同的空间分辨率，适用于不同的测量深度，从而有助于全面评估残余应力状态，有利于更准确的材料和工艺优化。
残余应力分为哪三类？
根据产生应力的原因，有以下几种： (1)铸件各部位应力的厚度不同。例如，床身的头块部分很厚，而侧壁部分则较硬，横向面较薄。
顶出后，薄的部分冷却快，收缩幅度大，厚的部分冷却慢，收缩幅度小。
薄的部分受到密的部分的阻碍，因此薄的部分受到拉力，厚的部分受力。
由于纵向收缩率差异较大，产生的拉压也较大。
此时铸件温度较高，薄壁和厚壁均处于塑性状态，应力随塑性变形而消失。
排出物逐渐冷却。
当最薄的部分进入弹性状态而最致密的部分仍为塑性时，压应力使厚的部分发生塑性变形并变得更致密，而只有薄的部分发生屈曲。
在此期间，拉伸应力和压缩应力随着厚度的增加而增加。
投影继续冷却。
当薄的部分进入弹性屏障时，致密的部分由于其热量而后退。
但薄壁零件阻止零件降低其密度，因此薄壁承受压应力，厚壁承受拉应力。
改变了压力的方向。
这种效果一直持续到室温。
因此，在室温下，最致密的部分承受拉应力，最薄的部分承受压应力。
这种压力来自于各部分的多样性。
冷却速度不同，塑性变形不均匀，称为热应力。
在同一截面的导轨或侧壁、表层和内部，由于冷却速度不同，也强调拉压平衡。
表层受到压应力，而芯部受到拉应力。
(2)铸铁的含碳量一般为2.8-3.5%，为亚共晶铸铁。
共晶石墨析出，引起体积膨胀。
最薄的部分阻止其膨胀，最致密的部分承受压应力，最薄的部分承受拉应力。
由于受热，壁厚的部分冷却很快，收缩也很快，所以厚壁在应力作用下会逐渐被拉伸。
墙壁是相对的。
在共析（738°C）之前的下降过程中，塑性状态下的壁既薄又厚。
当下降到738℃时，铸铁发生共析转变，由面心立方结构转变为体心立方结构（即γ-Fe转变为a-Fe），比体积由0.124cm3增大。
/g 至 0.127cm3/g。
同时，共析石墨析出，导致厚壁拉伸，产生压应力。
这两个应力是由1153℃和738℃两个时刻产生的，称为相变应力。
相变应力与冷却过程产生的热应力方向相反，相变应力被热应力抵消。
共析相变后，不再产生相变力，因此由厚度和发射密度之间的冷却速率差异形成的热力起主要作用。
(3)压力降低(称为机械阻力) 当铸件在固态收缩时，铸型、型芯、铸件冒口等碎片中的应力会降低。
这就是所谓的减压。
由于各部分相继由塑性状态转变为弹性状态，型芯阻力下降，会造成铸造时塑性变形不均匀，产生残余应力。
基于的减少通常不大并且在包装后消失。
根据残余应力平衡的各种外延，一般可分为三类： (1)第一类内应力，又称残余应力，是由于不同部位宏观变形不均匀而产生的。
制成品; 因此平衡范围包括整个工件。
例如，当对金属杆施加倾斜载荷时，其上部因拉力而被拉伸，下部被压缩，外力去除后，被拉伸的一侧将被拉伸，短侧将被拉伸。
这类残余应力对应的变形能并不大，仅占总储存能量的0.1%左右。
(2)根据内应力的类型，包括微观残余应力，它是由晶粒或亚晶粒之间变形的不均匀性产生的。
其活性的大小与颗粒进行比较，即保持颗粒或亚颗粒之间的平衡。
这种内应力有时会达到最大值，也会引起微裂纹并损坏工件。
(3)第三种内应力也称为晶格畸变。
其作用范围为十到一百纳米，这是由于塑料织物的缘故。
变形金属中储存的大部分能量（80%~90%）用于形成变形光栅。
这部分增加了变形晶体的能量，使其处于热力学不稳定状态。
因此，其以最低自由焓恢复稳定结构稳定状态的自发倾向导致金属变形并导致恢复。
加热时金属塑性变形的恢复。
