工件表层残余应力的分析

织的改变， 都会形成表面层的残余应力， 对零件的疲 @)*) ( ) **! " @)*) & @余压应力， 可提 !、 热态塑性变形引起的残余应力 高疲劳强度 D)E 左右， 但若是产生残余拉应力， 则 将零件疲劳强度降低 A)E 左右， 另外， 表面层的残 余应力， 对零件其他方面的使用均产生不同程度的
一、 表面层残余应力产生的原因 @、 冷态塑性变形引起的残余应力 在切削力作用下， 已加工表面产生强烈的塑性 变形， 表面层产生残余压应力， 里层产生残余拉应 力。当刀具从被加工表面上切除金属时， 由于后刀 面的挤压和摩擦作用， 加大了表面伸长的塑性变形， 表面层的伸长变形受到基体金属的限制， 也产生了 残余压应力。 冷态塑性变形的结果， 金属晶格被扭曲， 晶格中
参考文献(2条) 1.郑焕文 机械制造工艺学 1998 2.郑修本 机械制造工艺学 2004
引证文献(1条) 1.周航.周旭东.周宛 金属零件表面滚压强化技术的现状与展望[期刊论文]-工具技术 2009(12)
本文链接：/Periodical_yuncxyxb200602026.aspx
［ #］ 余压应力。
$ * $ *! 1 % !1 * $ *( * $ *! % " $ "& " $ "& # # # # $ % 1 $ * $ *! * $ *! * $ *! * $ *( " $ "& !1 # 1 * $ *! 由于体积膨胀系数是线膨胀系数三倍。 则, !1 !" # & , , 1 " " $ "$ !" # # " $ $#! & $" %# * $ *! "
!"" ! 以下时， 弹性恢复。 因此工件温度降到 #" ! ， 削加工的高温持续时间很短， 因此不会发生金相组 表层收缩 ! "。 !" # " $ """"$# （ !"" % #" ） # " $ %&’ & $" %# " !" # # $ $ & $" ( & " $ %&’ & $" %# " # ’・ " # $%’" $ ’ ( ) ))# # $%’" $ ’ & $" ’ * + 此应力已超过一般钢材的强度极限， 所以磨削 区的高温足以使工件产生残余拉应力， 因而出现表 面裂纹。 &、 金相组织变化引起的残余应力 切削时产生的高温会引起表面层金相组织的变 化。 不同的金相组织就有不同的密度， 当表层金属与 基体的比容不同， 必然导致内应力的产生， 最显著的 是马 氏 体 与 奥 氏 体 的 相 变。马 氏 体 密 # , # * $ *( - ) +)& ； 奥氏体密度 # . # * $ %’ - ) +)& ； 珠光体密度
第 !" 卷# 第 ! 期 !))* 年 " 月
# # 运城学院学报 # +%,-./& %0 1,.234.5 6.784-97:;
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工件表层残余应力的分析
续海峰
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（ 运城学院 机电工程系， 山西 运城 )""))) ） # # 摘# 要： 残余应力是工件在冷态塑性变形， 热态塑性变形及金相组织的变化引起的综合结果， 表层残余应力 严重， 将可能导致裂纹的产生， 严重影响零件的疲劳强度， 降低零件的使用性能。因此对表层残余应力的产生及 影响要进行深入分析， 采取有效的工艺措施， 保证工件表面的完整性。 关键词： 残余拉应力； 残余压应力； 冷态塑性变形， 热态塑性变形； 金相组织 中图分类号： >?@A@# 文献标识码： < # # 文章编号： @))B C B))B （ !))* ） )! C ))DB C )!
［ $ ］郑修本. 机械制造工艺学 ［ /］ . 北京， 机械工业出版社， #""0. ［ # ］郑焕文. 机械制造工艺学 ［ /］ . 北京， 高等教育出版社， $%%!. 【 责任编辑, 贾毅朝】
马氏体， 磨削加工后， 表层可能产生回火， 马氏体转 变为屈氏体或索氏体 （ 接近珠光体） ， 密度增大而体 积减小， 产生残余拉应力。 如果表面温度超过 . 0& ， 冷 却又充分， 则表层将又成为马氏体， 体积膨胀产生残
& 铁素体密度 # / # * $ !! - ) +)& ， 可见 # * # * $ *! - ) +) ； 以淬火钢为例， 淬火钢原来组织为 # , 最小， # . 最大。
织的改变。 二、 影响表面层残余应力的因素 机械加工后表面层的残余应力是由冷、 热态塑 性变形及金相组织变化引起的综合结果。在一定条 件下， 其中某一种或两种原因可能起主导作用。磨 削时起主导作用的是 “ 热” 。 工件表层残余应力是如何分布的将对工件的使 用有很大的影响。磨削用量是影响磨削裂纹的首要 因素。精密磨削时， 产生浅而小的残余压应力， 这时 温度影响很小， 没有金相组织的变化， 主要是冷态塑 性变形影响起作用。精密磨削时， 表面产生极浅的 残余拉应力， 这是热塑性变形起主导作用。粗磨时， 表面层产生极浅的残余压应力， 接着就是较深且较 大的残余拉应力， 这表明产生了一薄层二次淬火层， 其比容比回火组织大， 故表层为残余压应力。残余 拉应力大于残余的压应力， 若残余拉应力超出金属 材料的强度极限， 则会产生磨削裂纹。这种工件在 使用时， 不但寿命降低， 且会发生断裂危险。因此， 必须加以控制。 其次， 磨削裂纹的产生与工件材料及热处理也 有很大关系。 残余压应力能阻止裂纹的产生， 而残余拉应力 助长裂纹产生、 降低工件的使用性能。为了消除残 余应力的影响， 重要零件的主要表面， 应采用合理的 精密加工， 光整加工或采用表面强化工艺等工艺措 施， 保证工件表面的完整性。 参考文献：
紧密排列的原子被移动， 所有这些变动都会导致金 属密度的下降 （ 或称比容增大） ， 其密度从 F’ BF 降 至 F’ FD 左右， 必然产生残余压应力。 如， 钢类工件表面层密度从 F’ BF 降到 F’ FD 则 @ @ $ F # FD F # BF ) # @! !! " " F # BF F # FD ! ) # )" !% " " ) # D! & @) $! % F # FD "压 " ’ ・ !% " ! # @ & @) D & ) # D! & @) $! " %
收稿日期： !))* C )@ C !A
若此应力在弹性极限以内， 则表层不发生塑性 变形。 若表面温度达到 B)) . 以上， 对于钢来说， 弹 性已全部消失， 表层不产生任何应力。 当工件冷却到
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作者简介： 续海峰 （ @G*F C ） ， 男， 山西夏县人， 运城学院机电工程系讲师。
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［ @］ 影响。
工件已加工表面在切削热作用下， 产生热膨胀， 此时， 金属基体温度较低， 因此， 表层产生热压应力。 当切削过程结束时， 表面温度下降由于表层已产生 热塑性变形要收缩并受到基体的限制， 因而产生残 余拉应力。磨削加工表面层的瞬时温度很高， 必然 引起表层金属膨胀， 使工件变长、 变粗， 由于内部金 属体积大而不发生变形， 受热变形的外层金属所承 受的压应力， 按虎克定律应力： " " ’ ・- " ’ ・ !% %
!" # # $ $ & $" ( & " $ $#! & $" %# " 压 # ’・ " # #*" ( ) -)# # #* & $" * * + 可见金相组织变化只能产生于淬火钢工件表 层， 而对于未淬火钢是扩散度很低的珠光体组织， 磨
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工件表层残余应力的分析
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数： 续海峰 运城学院,机电工程系,山西,运城,044000 运城学院学报 JOURNAL OF YUNCHENG UNIVERSITY 2006,24(2) 1次
# # 近年来， 随着科学技术的飞速发展， 对产品的使 用性能要求越来越高， 一些重要零件要在高温、 高 速、 高压力等条件下工作， 表面层的任何缺陷， 不仅 直接影响零件的工作性能， 而且还会引起应力集中、 内应力腐蚀等现象， 加速零件的失效。因此， 为适应 科学技术发展的客观需要， 要进一步深入研究表面 质量， 表面质量要具有完整性。 切削加工后的表面层经过切削力和切削热的综 合作用， 表面层金属晶粒发生了不同程度的塑性变 形。在磨削加工时， 由于磨削热的影响， 表层晶体也 会产生金相组织的转变。无论塑性变形或是金相组