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殘余應力的消除

更新日期: 2023-06-04
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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,在一些零件或標準的要求中,需要將應力釋放來滿足實際使用要求,主要有以下幾種方法:

1、錘擊法

利用鋼錘錘擊工件殘余應力聚集的部位,使工件接受錘擊的金屬表面受到錘擊的壓應力,發(fā)生局部的塑性變形,從而減小殘余應力的峰值,改善和均衡工件原有殘余應力的分布,避免工件的脆性破壞。

這種方法特別適合與焊接件,且在焊接加工場合應用廣泛,對沖壓件使用不多。

2、振動時效法

利用專有設備使工件在專用設備的周期性外力作用下發(fā)生共振,使工件內(nèi)部的微觀組織晶粒發(fā)生滑移和晶內(nèi)孿生,從而削減殘余應力的峰值,改善和均衡工件原有的殘余應力的分布。

這種方法在一小時內(nèi)可以消除約50%的殘余應力或削減50%殘余應力的峰值,是使用很普遍的方法之一,處理效率高,節(jié)約成本,但缺點是不能全部消除工件內(nèi)聚集的殘余應力。

3、熱處理時效

是傳統(tǒng)的消除殘余應力的方法,又稱為人工時效。它借助熱處理設施,將工件由室溫緩慢、均勻加熱至600℃左右,并在此溫度保溫4-8h,而后溫度緩慢冷卻到120℃以下,再出爐冷卻至室溫。

這種方法消除殘余應力的效果很好,消除速度快、充分。

4、自然時效

是將工件放置于室外,任其“風餐宿露",在靜置過程中釋放和消除殘余應力。 這種方法不適用于工業(yè)化大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。但是,對于高價值和高精度設備的關鍵部件,則采用人工時效+自然時效的方法較為普遍。

5、焊接應力消除

焊接中焊縫處溫度迅速升高,體積膨脹。熱影響區(qū)溫度低,阻礙焊縫膨脹,結(jié)果焊縫處產(chǎn)生壓應力,熱影響區(qū)產(chǎn)生拉應力。但此時焊縫處于塑性狀態(tài),焊縫被壓應力墩粗,松弛了此應力。

焊后冷卻時,熱影響區(qū)冷卻速度快,很快進入彈性狀態(tài),焊縫處溫度高,處于塑性狀態(tài)。這時焊縫收縮,較熱影響區(qū)收縮慢,焊縫阻礙熱影響區(qū)收縮,焊縫仍受壓應力,影響區(qū)受拉應力。但焊縫處于塑性狀態(tài),焊縫的塑性墩粗,松弛了此應力。

6、機械加工應力消除的方法

在切削加工后采取一些處理措施,也可以對已加工表面的殘余應力進行調(diào)整,表面強化處理就是目前較常用的方法之一。表面強化處理工藝是通過對零件表面的冷擠壓使之發(fā)生冷態(tài)塑性變形,從而提高其表面硬度、強度,并形成表面殘余壓應力的加工工藝。常用的表面強化工藝有噴丸強化和滾壓強化。噴丸強化是利用大量高速運動中的珠丸沖擊零件表面,使打擊處發(fā)生塑性變形和塑性流動,表面產(chǎn)生冷硬層和殘余壓應力。珠丸大多采用鋼丸,利用壓縮空氣或離心力進行噴射。這種方法適用于不規(guī)則表面和形狀復雜的表面,如彈簧、連桿等的強化。滾壓強化是用可自由旋轉(zhuǎn)的滾子對零件表面均勻地加力擠壓,使表面得到強化并在表面形成殘余壓應力,適用于規(guī)則表面如外圓、孔和平面等的強化加工,可在原機床上加裝滾壓工具進行。

預應力切削是一種通過切削工藝使機械零件加工表面產(chǎn)生殘余壓應力的方法,即切削前預先給零件施加一個彈性范圍內(nèi)的預應力,切削過程中零件加工表面會產(chǎn)生彈性變形,切削后釋放該預應力,由于基體的彈性恢復,已加工表面會產(chǎn)生殘余壓應力。預應力切削既不需要購買昂貴的設備,又不會增加零件加工表面的硬度,只需通過切削加工就能使加工表面產(chǎn)生殘余壓應力,因此其具有良好的發(fā)展前景。

切削加工表面殘余應力的產(chǎn)生是機械應力和熱應力共同作用下引起的不均勻塑性變形的結(jié)果,對零件的使用性能和壽命有著直接的影響。在實際生產(chǎn)過程中,需要針對表面層殘余應力產(chǎn)生的原因以及影響因素,通過綜合運用本文介紹的工藝手段,以及合理選擇切削參數(shù)、刀具等,可以有效地調(diào)整和消除已加工表面的殘余應力。

以上就是消除殘余應力的主要方法,過程和工序的控制可以通過測量工序間殘余應力來實現(xiàn),X射線法作為無損檢測殘余應力的方法,其便捷性和準確性得到了業(yè)內(nèi)的認可。

                                               


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