消除殘余應(yīng)力的方法

1、消除殘余應(yīng)力的方法 （ 金屬） 時效處理消除殘余應(yīng)力的方法 （ 金屬） 時效處理金屬工件 （鑄件、鍛件、焊接件）在冷熱加工過程中都會產(chǎn)生殘余應(yīng)力， 殘余 應(yīng)力值高者（單位為Pa）在屈服極限附近構(gòu)件中的殘余應(yīng)力大多數(shù)表現(xiàn)出很大 的有害作用；如降低構(gòu)件的實際強度、 降低疲勞極限， 造成應(yīng)力腐蝕和脆性斷裂， 由于殘余應(yīng)力的松弛， 使零件產(chǎn)生變形， 大大的影響了構(gòu)件的尺寸精度。 因此降 低和消除工件的殘余應(yīng)力就十分必要了， 特別是在航空航天、 船舶、鐵路及工礦 生產(chǎn)等應(yīng)用的，由殘余應(yīng)力引起的疲勞失效更不容忽視。目前的針對殘余應(yīng)力的不同處理方法有： 自然時效方法和人工時效方法 （包 括熱處理時效、敲擊時

2、效、振動時效、超聲沖擊時效）1、自然時效適合：熱應(yīng)力（鑄造鍛造過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力）冷應(yīng)力機械加工過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力）焊接應(yīng)力（焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力）自然時效是最古老的時效方法。 它是把構(gòu)件露天放置于室外， 依靠大自然的 力量，經(jīng)過幾個月至幾年的風吹、 日曬、雨淋和季節(jié)的溫度變化，給構(gòu)件多次 造成反復的溫度應(yīng)力。 再溫度應(yīng)力形成的過載下， 促使殘余應(yīng)力發(fā)生松弛而使尺 寸精度獲得穩(wěn)定。自然時效降低的殘余應(yīng)力不大， 但對工件尺寸穩(wěn)定性很好， 原因是工件經(jīng)過 長時間的放置，石墨尖端及其他線缺陷尖端附近產(chǎn)生應(yīng)力集中， 發(fā)生了塑性變形， 松弛了應(yīng)力， 同時也強化了這部分基體， 于是該處的松弛剛度也提高

3、了， 增加了 這部分材質(zhì)的抗變形能力， 自然時效降低了少量殘余應(yīng)力， 卻提高了構(gòu)件的松弛 剛度，對構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定性較好，方法簡單易行，但生產(chǎn)周期長. 占用場地大，不易管理，不能及時發(fā)現(xiàn)構(gòu)件內(nèi)的缺陷，已逐漸被淘汰。2、熱處理時效適合：熱應(yīng)力（鑄造鍛造過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力）冷應(yīng)力（機械加工過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力） 焊接應(yīng)力（焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力）熱時效處理是傳統(tǒng)的消除殘余應(yīng)力方法。 它是將構(gòu)件由室溫緩慢， 均勻加熱至550C左右，保溫4-8小時，再嚴格控制降溫速度至 150C以下出爐。熱時效工藝要求是嚴格的，如要求爐內(nèi)溫差不大于土 25C,升溫速度不大于 50r/小時，降溫速度不大于20C/小時。爐

4、內(nèi)最高溫度不許超過570C,保溫時 間也不易過長，如果溫度高于 570C，保溫時間過長，會引起石墨化，構(gòu)件強度 降低。如果升溫速度過快， 構(gòu)件在升溫中薄壁處升溫速度比厚壁處快的多， 構(gòu)件 各部分的溫差急劇增大， 會造成附加溫度應(yīng)力。 如果附加應(yīng)力與構(gòu)件本身的殘余 應(yīng)力疊加超過強度極限，就會造成構(gòu)件開裂。熱時效如果降溫不當， 會使時效效果大為降低， 甚至產(chǎn)生與原殘余應(yīng)力相同 的溫度應(yīng)力（二次應(yīng)力、應(yīng)力疊加），并殘留在構(gòu)件中，從而破壞了已取得的熱時效效果3、敲擊時效（錘擊法）適合：焊接應(yīng)力（焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力）錘擊處理很早被引入焊接領(lǐng)域， 初期主要應(yīng)用于消除焊接變形。 錘擊的方法 分為，手工錘擊

5、法和電錘錘擊法。 通過觀察分析， 認為適當錘擊可以消除和減少 焊接裂紋，進而推斷錘擊有消除焊接殘余應(yīng)力的作用， 因此在工藝中采用錘擊 處理，防止焊接裂紋的產(chǎn)生。一般認為 , 錘擊處理消除焊接殘余應(yīng)力是使被處理 金屬通過錘擊 , 在體內(nèi)局部產(chǎn)生一定的塑性伸長 , 釋放焊接過程產(chǎn)生的殘余拉伸 彈性應(yīng)變 , 從而達到釋放焊接殘余應(yīng)力的目的。但由于錘擊（特別是手工錘擊） 的不規(guī)范（錘擊力的大小、頻率、基體的力學性能及錘擊區(qū)的溫度等）及焊接殘 余應(yīng)力準確測試的困難， 故對于錘擊處理與殘余應(yīng)力的關(guān)系， 至今尚沒有一個科 學的和系統(tǒng)的研究。在合適的焊接規(guī)范和工藝下，錘擊不僅能有效地消除工件焊縫部位的應(yīng)力，

6、而且能促進熱影響區(qū)拉伸殘余應(yīng)力的釋放，甚至可以獲得一定值的壓應(yīng)力。4、振動時效適合：熱應(yīng)力（鑄造鍛造過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力）冷應(yīng)力（機械加工過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力） 焊接應(yīng)力（焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力）振動時效（VSR就是在激振設(shè)備周期性一一激振力的作用下在某一頻率使 金屬工件共振，形成的動應(yīng)力使工件在半小時內(nèi)進行數(shù)萬次較大振幅的亞共振振 動。使其內(nèi)部殘余應(yīng)力疊加，達到一定數(shù)值后 , 在應(yīng)力最集中處，會超過屈服極 限而產(chǎn)生微小的塑性變形，降低該處殘余應(yīng)力 , 并強化金屬基體；而后振動在其 余應(yīng)力集中部分產(chǎn)生同樣作用， 直至不能引起任何部分塑性變形為止， 從而使構(gòu) 件內(nèi)殘余應(yīng)力降低和重新分布， 處于平衡

7、狀態(tài)， 提高材料的強度。 構(gòu)件在后序安 裝使用中， 因不再處于共振狀態(tài)， 不承受比共振力更大外力作用， 振后構(gòu)件不會 出現(xiàn)應(yīng)力變形。 振動時效也可看作在周期動應(yīng)力作用下循環(huán)應(yīng)變， 金屬材料內(nèi)部 晶體位錯運動使微觀應(yīng)力增加，達到調(diào)節(jié)應(yīng)力穩(wěn)定構(gòu)件尺寸的過程。振動時效，在國外稱之為 VSF技術(shù)，它是Vibratory Stress Reliele 的縮 寫。它是在激振器的周期性外力（激振力）的作用下，使工件自身產(chǎn)生共振，進 而使其內(nèi)部歪曲的晶格， 產(chǎn)生滑移而恢復平衡， 提工件的松弛剛度， 消除并均化 殘余應(yīng)力， 使其尺寸穩(wěn)定。 在以消除殘余應(yīng)力為目的的時效方法中， 振動時效可 以完全代替熱時效。 原

8、機電部等六個部委將振動時效定為第七個五年計化間推廣 的節(jié)能項目， 并將此類產(chǎn)品定位替代進口產(chǎn)品， 這種振動消除應(yīng)力技術(shù)在國外已 有幾十年的應(yīng)用經(jīng)驗。5、超聲沖擊適合：焊接應(yīng)力（焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力）超聲沖擊是敲擊時效的發(fā)展。超聲沖擊技術(shù)的特點是單位時間內(nèi)輸入能量高， 實施裝置的比能量 （輸出能 量與裝置質(zhì)量之比）大。振動處理頻率可高達18KHZ-27KH，Z 振動速度可達2m/s-3m/s，加速度高達重力加速度的三萬多倍，高速瞬時的沖擊能量使被處理 焊縫區(qū)的表面溫度以極高的速度上升到 600C，又以極快的速度冷卻。這種高頻 能量輸入到焊縫區(qū)表面后，使能量作用區(qū)的表層金屬的相位組織發(fā)生一定的變 化。1）使焊縫區(qū)的金屬表面層內(nèi)的拉伸殘余應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力，從而能大幅度地 提高結(jié)構(gòu)的使用疲勞壽命。2）表面層內(nèi)的金屬