結構材料中的殘余應力

1、2結構材料中的殘余應力2.1殘余應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力叫做內(nèi)應力[3]。依據(jù)德國學者E.Macherauch于1973年提出的分類方法，內(nèi)應力可以分為以下三類：第I類內(nèi)應力（I）在較大的材料區(qū)域（多個晶粒范圍）內(nèi)幾乎是均勻的。r?第II類內(nèi)應力（II）在材料較小范圍（一個晶?；蚓Я?nèi)的區(qū)域）內(nèi)近乎r?均勻。第III類內(nèi)應力（III）在極小的材料區(qū)域（幾個原子間距）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力的物理模型[5]。圖中（xy）處的重的內(nèi)應力在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多個晶粒(1.2)r????)(dfdf?II一個晶粒－I(1.3)r????)(dfdf?r?III＝（－I－II）在（xy）點上(1.4)r?yTr?r?r?2.3殘余應力的調(diào)整與消除在工件的冷熱加工和

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

4、加熱方法調(diào)整殘余應力時，只要工藝得當，一般可達到充分消除殘余應力的目的。但與此同時材料的力學性能如強度、硬度等會發(fā)生變化。溫度較高時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，生產(chǎn)周期長，成本高。2.3.2振動時效（VSR：VibrationStressRelief）振動消除殘余應力是20世紀60年代發(fā)展起來的一種消除殘余應力的方法，它通過施加循環(huán)載荷達到消除殘余應力的目的。由于處理時間短，

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