珠海金属残余应力 机械性能检测

一、残余应力基本知识

1、  什么是残余应力？

一个工件，在外力已经去除，温度达到平衡，相变已经终止的情况下，内部仍然存在的应力叫做内应力。按照德国人马赫劳赫的观点，内应力分为三类。其中第一类为宏观内应力，它在许许多多晶粒范围内存在并保持平衡。当它发生变化时，总会引起工件宏观尺寸或多或少的变化。残余应力就是第一类内应力的工程名称。

2、  残余应力是怎样产生的？

铸造、焊接、各种机械加工、热处理以及电镀、涂敷都会产生残余应力。从本质上讲，产生残余应力的原因可以归纳为三种：一是不均匀的塑性变形；二是不均匀的温度变化；三是不均匀的相变。三种因素都导致材料中存在不均匀的弹性应变，产生残余应力。

3、  残余应力有什么作用？

对于钢和铝合金制作的结构，特别是大型拼焊构件，人们普遍考虑的是残余应力对结构安全和寿命的影响；过大的残余应力，或者过分不均匀的残余应力，可能导致构件变形或开裂，造成早期失效，甚至引发安全事故。

对于轧辊、齿轮、轴承、弹簧、曲轴之类的零部件，主要考虑如何通过调整残余应力状态来提高零件的疲劳寿命。大量研究表明适当的、具有一定层深的残余压应力可以提高零件的抗疲劳性能。

对于在具有腐蚀性环境或介质里工作的零部件，还必须考虑应力腐蚀问题。残余拉应力，和外加载荷的拉应力一样，是促成应力腐蚀的因素之一。

对于精密零部件，则应当关注残余应力对零件形状尺寸稳定性的影响。宏观残余应力的释放必然会引起形状尺寸的变化。

4、  如何测定残余应力？

测定残余应力的方法可以分为两大类。

X射线应力与载荷应力的一致性

一类是应力释放法，也叫机械法，是有损或半有损的方法。目前应用较多的是盲孔法。它的做法是在工件表面粘贴电阻应变花，待粘贴牢固后在应变花的中心钻一个标准尺寸的盲孔，如果此处存在应力，钻孔会引起应力释放，这时测定应变花电阻值的变化，就可以推算原来存在的应力大小和方向。

第二类是物理的方法，是无损的方法，包括磁性法、超声法和X射线衍射法等。在各种无损测定残余应力的方法之中，X射线衍射法*受推崇，应用*为广泛。由测量原理可知，X射线衍射法通过测定材料中晶面间距的应变来计算应力，从根本上讲是可靠的。在构件承载的情况下，测得的是载荷应力与残余应力之代数和。测定等强度梁在不同载荷下的应力，可以看到X射线应力与载荷应力有很好的一致性，令人信服地表明X射线衍射法的准确与可靠（如右图）。经历了八十余年的进程，测量方法日臻完善，测试设备日益精良，在国内外广泛应用于机械工程和材料科学，取得了卓著成果。