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殘餘應力產生的原因以及預防變形的措施

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殘餘應力產生的原因以及預防變形的措施

發布日期:2018-11-19 作者: 點擊:

金屬材料在外力作用下發生塑性變形後會有殘餘應力出現,而隻發生彈性變形時卻不會產生殘餘應力。原因:金屬在外力作用下的變形是不均勻的,有的部位變形量大,而有的部位小,它們相互之間又是互相牽連在一起的整體,這樣在變形量不同的各部位之間就出現了一定的彈性應力-----當外力去除後這部分力仍然存在,就是所謂的殘餘應力.根據它們存在的範圍可分為:宏觀應力微觀應力和晶格畸變應力。注意它們是在一定範圍存在的彈性應力。

香蕉视频app污破解版真正關心的是零件加工後的質量。由於毛坯製造過程中會造成較大的殘餘應力,而這些零件毛坯中處於“平衡”狀態的殘餘應力在加工之前不引起毛坯明顯變形。當零件加工之後,原來毛坯中殘餘應力的“平衡狀態”被打破,應力釋放出來,會造成零件很快變形而失去應有的加工精度。減小毛坯中因製造而殘留在毛坯內部殘餘應力對零件加工質量的影響,通常要進行消除應力的熱處理,對要求精度高的零件要在粗加工後進行人工時效處理,加快殘餘應力的重新分布麵引起的變形過程,然後再精加工。不僅對細長軸,而且包括所有要經過冷校直的零件(如型鋼、導軌),應當注意殘餘應力對零件加工精度的影響。

影響高精度零件質量的殘餘應力主要是在加工過程中產生的。在切削過程中的殘餘應力由機械應力和熱應力兩種外因引起。機械應力塑性變形是切削力使零件表層金屬產生塑性變形,切削完成後又受到裏層未變形金屬牽製而殘留拉應力(裏層金屬產生殘餘壓應力)。第三變形區內後刀麵與已加工表麵的擠壓與摩擦又使表麵金屬產生殘餘壓應力(裏層金屬產生殘餘拉應力)。如果第一變形區內應力造成的殘餘應力大於第三變形區內產生的殘餘應力,則機械應力所造成的殘餘應力表現為殘餘拉應力。反之,由於機械應力引起的殘餘應力為殘餘壓應力。

在機械應力引起零件的殘餘應力的同時,切削熱也引起殘餘應力。切削中表麵層金屬受熱膨脹產生的塑性變形受裏層低溫金屬阻礙而產生應力,在切削後的冷卻過程中,表層金屬體積收縮受裏層金屬阻礙而產生殘餘拉應力。當切削溫度高於材料相變溫度產生相變時,熱變形引起的殘餘應力會更大。綜合切削過程中的機械應力與熱應力的作用結果,決定了已加工表麵殘餘應力的大小。

磨削加工中磨削熱造成零件相變而體積膨脹、冷卻液作用及磨粒擠壓金屬都能夠引起零件表層的殘餘應力。

殘餘應力測試儀.jpg

磨削殘餘應力不僅引起零件變形,嚴重的磨削殘餘應力還可能導致零件的磨削裂紋。減小殘餘應力及其所引起變形的措施,原則上是在加工中增加去應力工序。使精加工之前消除零件的殘餘應力,尤其一些儀器用的精加工零件,去應力人工時效往往是必不可少的工序。

塑性變形中外力所作的功除大部分轉化成熱之外,還有一小部分以畸變能的形式儲存在形變材料內部。這部分能量叫做儲存能。儲存能的具體表現方式為:宏觀殘餘應力、微觀殘餘應力及點陣畸變。按照殘餘應力平衡範圍的不同,通常可將其分為三種:

1)第一類內應力,又稱宏觀殘餘應力,它是由工件不同部分的宏觀變形不均勻性引起的,故其應力平衡範圍包括整個工件。例如,將金屬棒施以彎曲載荷,則上邊受拉而伸長,下邊受到壓縮;變形超過彈性極限產生了塑性變形時,則外力去除後被伸長的一邊就存在壓應力,短邊為張應力。這類殘餘應力所對應的畸變能不大,僅占總儲存能的0.1%左右。

2)第二類內應力,又稱微觀殘餘應力,它是由晶粒或亞晶粒之間的變形不均勻性產生的。其作用範圍與晶粒尺寸相當,即在晶粒或亞晶粒之間保持平衡。這種內應力有時可達到很大的數值,甚至可能造成顯微裂紋並導致工件破壞。

3)第三類內應力,又稱點陣畸變。其作用範圍是幾十至幾百納米,它是由於工件在塑性變形中形成的大量點陣缺陷(如空位、間隙原子、位錯等)引起的。變形金屬中儲存能的絕大部分(80%~90%)用於形成點陣畸變。這部分能量提高了變形晶體的能量,使之處於熱力學不穩定狀態,故它有一種使變形金屬重新恢複到自由焓最低的穩定結構狀態的自發趨勢,並導致塑性變形金屬在加熱時的回複及再結晶過程。

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相關標簽:殘餘應力測試儀

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