残余应力 一文看懂残余应力

残余应力，也称内应力，是指在去除外载荷后，工件内部所剩余的应力。残余应力是由金属内部结构的不均匀体积变化引起的。外部因素来自热加工和冷加工。有内应力的工件处于不稳定状态，其内部结构有很强的回到无内应力稳定状态的倾向。工件的形状逐渐变化，从而失去其原有的精度。如果将有内应力的工件组装到机器中，由于在使用中变形，会破坏整机的精度。

残余应力的来源

外力使零件变形，其中引起塑性变形的外力所做的功通过内部材料的变形储存在零件中。当外力消除后，应力不均匀的能量会被释放出来，导致零件慢慢变形，也就是残余应力一直工作到所有的能量都被释放出来。在机械制造中，各种工艺过程往往会产生残余应力。然而，本质上，残余应力的原因可归因于:

塑性变形不均匀；

温度变化不均匀；

相变不均匀。

残余应力对机械零件的影响

引起物体大小和形状的变化。当变形物体存在残余应力时，物体会产生相应的弹性变形或晶格畸变，从而导致物体的尺寸和形状发生变化。

缩短零件的使用寿命。因为残余应力本身是相互平衡的，当一个有残余应力的物体受力时，会造成物体内部应力分布不均匀。这时，当工作应力达到材料的屈服强度时，物体就会产生塑性变形；当材料达到断裂强度时，物体就会断裂，从而缩短零件的使用寿命。

金属的塑性和冲击韧性降低。当有残余应力的物体继续进行塑性加工时，残余应力的存在会强化物体内部应力和变形的不均匀分布，从而使金属的变形抗力增大，塑性降低。

降低金属的耐腐蚀性和疲劳强度。由于零件内部的残余应力，它们处于高能状态，容易与氧化介质反应，引起腐蚀，即应力腐蚀，降低零件的耐腐蚀性。残余应力还会改变材料表面在载荷作用下的应力分布，降低疲劳强度。

残余应力对零件加工的影响

对切削过程的影响车削零件的毛坯一般是铸件、锻件、型材和热处理后的半成品。在坯料的成形过程中，温度变化和应力变形剧烈，因此坯料中存在残余应力。切削时，形状发生变化，原有的应力平衡状态被打破，导致切削时的变形。

减少和消除残余应力的措施

采用合理的工艺结构，避免厚薄不均和尖角结构，铸件应采用铸件圆角。

合理安排工艺路线。对于精密零件，粗加工和精加工是分开的。

采用合理的切削条件。使用较小的切削和进给量，较高的切削速度，使用锋利的工具，使用切削液进行润滑和冷却。

采用时效处理技术

自然老化处理

热老化处理

振动时效处理。这是一种消除残余应力、减少变形、保持工件尺寸稳定的新方法。可用于铸件、锻件、切割工件等。以激励的形式向含有大量残余应力的工件加入机械能，引起工件金属内部晶格的位错蠕变，稳定金属的结构状态，降低和消除工件的内应力。不需要庞大的设备，经济、简单、高效。频谱谐波时效技术就是这种技术的发展，可以消除60-70%的应力，对稳定尺寸和形状精度非常有效。

采用先进的频谱谐波老化技术

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