結(jié)構(gòu)材料中的殘余應(yīng)力

1、2結(jié)構(gòu)材料中的殘余應(yīng)力2.1殘余應(yīng)力的定義通常把沒有外力或外力矩作用而在物體內(nèi)部依然存在并保持自身平衡的應(yīng)力叫做內(nèi)應(yīng)力[3]。依據(jù)德國(guó)學(xué)者E.Macherauch于1973年提出的分類方法，內(nèi)應(yīng)力可以分為以下三類：第I類內(nèi)應(yīng)力（I）在較大的材料區(qū)域（多個(gè)晶粒范圍）內(nèi)幾乎是均勻的。r?第II類內(nèi)應(yīng)力（II）在材料較小范圍（一個(gè)晶粒或晶粒內(nèi)的區(qū)域）內(nèi)近乎r?均勻。第III類內(nèi)應(yīng)力（III）在極小的材料區(qū)域（幾個(gè)原子間距）內(nèi)也是不均勻的。r?

2、圖1.1給出了按上述方法分類的一種單相多晶體材料中的三類應(yīng)力的物理模型[5]。圖中（xy）處的重的內(nèi)應(yīng)力在y方向的分量在數(shù)值上可用下式y(tǒng)Tr?表述：IIIIII(1.1)rTryxy???)()(yxr??)(yxr??)(yx其中I多個(gè)晶粒(1.2)r????)(dfdf?II一個(gè)晶粒－I(1.3)r????)(dfdf?r?III＝（－I－II）在（xy）點(diǎn)上(1.4)r?yTr?r?r?2.3殘余應(yīng)力的調(diào)整與消除在工件的冷熱加工和

3、熱處理過程中，往往會(huì)引入殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的存在對(duì)材料的使用性能有很大的影響，尤其是殘余拉應(yīng)力的存在降低了材料的疲勞強(qiáng)度，縮短了零部件的使用壽命，以及降低了材料的抗應(yīng)力腐蝕性能。因此針對(duì)工件的具體服役條件，須采取一定的措施來(lái)消除或降低對(duì)其性能不利的殘余拉應(yīng)力。以下簡(jiǎn)單介紹幾種消除或調(diào)整殘余應(yīng)力的方法。2.3.1加熱方法(Heattreatment)該方法是一種傳統(tǒng)的消除殘余應(yīng)力的方法。它利用殘余應(yīng)力的熱松弛效應(yīng)來(lái)消除或調(diào)整殘余應(yīng)力。采用

4、加熱方法調(diào)整殘余應(yīng)力時(shí)，只要工藝得當(dāng)，一般可達(dá)到充分消除殘余應(yīng)力的目的。但與此同時(shí)材料的力學(xué)性能如強(qiáng)度、硬度等會(huì)發(fā)生變化。溫度較高時(shí)還伴有表面氧化等缺陷。而且加熱的方法往往要消耗大量的能源。尤其是大型鑄、焊件的整體加熱時(shí)，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本高。2.3.2振動(dòng)時(shí)效（VSR：VibrationStressRelief）振動(dòng)消除殘余應(yīng)力是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一種消除殘余應(yīng)力的方法，它通過施加循環(huán)載荷達(dá)到消除殘余應(yīng)力的目的。由于處理時(shí)間短，

5、使用范圍廣，能耗低，操作簡(jiǎn)單，而且不改變材料的組織結(jié)構(gòu)，這種方法引起了人們的重視，在最近幾十年來(lái)得到了迅速的發(fā)展。2.3.3脈沖磁場(chǎng)處理(PulsedMagicTreatment)該方法是將鐵磁性材料放在高頻或低頻交變脈沖磁場(chǎng)中處理，磁場(chǎng)的磁致塑性效應(yīng)致使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而引起殘余應(yīng)力的松弛[12]。這種方法處理并不改變材料的組織結(jié)構(gòu)，而且仍然保持材料良好的力學(xué)性能。這種方法處理時(shí)間短（幾百微秒），能耗低，但是只對(duì)鐵磁性材料有效。2.3.4