残余应力的几大分类

2013/12/27 16:12:02

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残余应力的几大分类：

1、按应力产生的原因分类有：
       (1)  热应力       铸件各部分的薄厚是不一样的，如机床床身导轨部分很厚，侧壁筋板部分较薄，其横向端面如图一所示。铸后，薄壁部分冷却速度快收缩大，而厚壁部分，冷却速度慢，收缩的小。薄壁部分的收缩受到厚壁部分的阻碍，所以薄壁部分受拉力，厚壁部分受压力。因纵向收缩差大，因而产生的拉压也大。这时铸件的温度高，薄厚壁都处于塑性状态，其 压应力 使厚壁部分变粗，拉应力使薄壁部分变薄，拉压应力 ，随塑性变形而消失。 铸件逐渐冷却，当薄壁部分进入弹性状态而厚壁部分仍处于塑性时，压应力使厚壁部分产生塑性变形，继续变粗，而薄壁部分只是弹性拉长，这时拉压应力随厚壁部分变粗而消失。铸件仍继续冷却，当薄厚壁部分进入弹性区时，由于厚壁部分温度高，收缩量大。但薄壁部分阻止厚壁部分收缩，故薄壁受压应力，厚壁受拉应力。应力方向发生了变化。这种作用一直持续到室温，结果在 常温 下厚壁部分受拉应力，薄壁部分受压应力。这个应力是由于各部分薄厚不同。冷却速度不同，塑性变形不均匀而产生的，叫热应力。

在导轨或侧壁的同一个截面内，表层与内心部，由于冷却快慢不同，也产生相互平衡拉压的应力，用类似与上述方法分析，可知在室温下表层受压应力，心部受拉应力，并且截面越大，应力越大，此应力也叫热应力。

(2) 相变应力

常用的铸铁含碳量在2.8-3.5%，属于亚共晶铸铁，由结晶 过程可知①：厚壁部分在1153℃共晶结晶时，析出共晶石墨，产生体积膨胀 ，薄壁部分阻碍其膨胀，厚壁部分受压应力，薄壁部分受拉应力。厚壁部分因温度高，降温速度快，收缩快，所以厚壁逐渐变为受拉应力。而薄壁与其相反。在共析(738℃)前的收缩中，薄厚壁均处于塑性状态，应力虽然不断产生， 但又不断被 塑性变形 所松弛，应力并不大。当降到738℃时，铸铁发生 共析转变 ，由面心立方，变为体心立方结构(既γ-Fe变为a-Fe)， 比容 由0.124cm3/g增大到0.127cm3/g。同时有共析石墨析出，使厚壁部分伸入，产生压应力。上述的两种应力，是在1153℃ 和738℃两次相变而产生的，叫相变应力。相变应力与冷却过程中产生的 热应力 方向相反， 相变应力被热应力抵消。在 共析转变 以后，不再产生相变些力，因此铸件由与薄厚冷却速度不同所形成的 热应力 起主要作用。

(3) 收缩应力(亦叫机械阻碍应力)

铸件在固态收缩时，因受到铸型.型芯.浇冒口等的阻碍作用而产生的应力叫收缩应力。由于各部分由塑性到弹性状态转变有先有后，型芯等对收缩的阻力将在铸件内造成不均匀的的塑性变形，产生残余应力。收缩应力一般不大，多在打箱后消失。

2、按照 残余应力 平衡范围的不同，通常可分为三种：

（1）第一类内应力，又称宏观残余应力，它是由工件不同部分的宏观变形不均匀性引起的，故其应力平衡范围包括整个工件。例如，将金属棒施以弯曲载荷，则上边受拉而伸长，下边受到压缩；变形超过 弹性极限 产生了塑性变形时，则外力去除后被伸长的一边就存在压应力，短边为张应力。这类残余应力所对应的畸变能不大，仅占总储存能的0.1%左右。

（2）第二类内应力，又称微观残余应力，它是由晶粒或亚晶粒之间的变形不均匀性产生的。其作用范围与 晶粒 尺寸相当，即在晶粒或 亚晶粒 之间保持平衡。这种内应力有时可达到很大的数值，甚至可能造成显微裂纹并导致工件破坏。

（3）第三类内应力，又称点阵畸变。其作用范围是几十至几百纳米，它是由于工件在 塑性变形 中形成的大量点阵缺陷（如空位、间隙原子、 位错 等）引起的。变形金属中储存能的绝大部分（80%~90%）用于形成点阵畸变。这部分 能量 提高了变形晶体的能量，使之处于热力学不稳定状态，故它有一种使变形金属重新恢复到 自由焓 最低的稳定结构状态的自发趋势，并导致塑性变形金属在加热时的回复及再结晶过程。

残余应力的几大分类

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