加工表面产生压缩残余应力和拉伸残余应力原因
解释钢材中残余应力的特点,以及对构件强度和刚度的影响
解释钢材中残余应力的特点,以及对构件强度和刚度的影响1 什么是残余应力残余应力又称为材料应力或背后应力，它指在钢材加工、焊接等工艺过程中，材料所受到的内部压力，它是临时形成、长期存在的，而且无论商品作用多久，都不会消失。
2 残余应力的特点残余应力的特点：（1）单轴应力为压应力。
在钢材加工过程中，钢材处于拉伸和压缩作用下，都会产生残余拉应力和残余压应力，这种压力的特点是压应力大于拉应力；（2）残余应力的大小不定。
残余应力的大小取决于钢材材料的性能、外界压力、加工技术等等；（3）残余应力和表面形状有关。
在加工工艺过程中，钢材表面形状和尺寸发生了变化，使得残余应力的分布在局部表面有明显的变化；（4）残余应力易于累积，会影响构件的强度和刚度。
特别是在金属材料折弯和冲压等加工工艺或者焊接工艺上，由于累积残余应力使得片材受力不均匀，易使材料发生变形和破坏，影响设备的使用寿命。
3 缓解残余应力的方法（1）均匀冷却：利用水冷却法、燃烧冷却法等技术，使材料表面温度均匀降低；（2）挠度：通过特殊工艺利用模具形状挠度的效果，让材料表面的残余应力缓慢释放；（3）调节温度：用热处理或钝化处理等技术手段，使材料的温度变化，改变钢材内部残余应力的状态；（4）重复负载扭转：给不同位置的部位加载，使残余应力随着时间的推移不断释放，减小或消除残余应力，提高构件强度和刚度。
4 残余应力对构件强度和刚度的影响残余应力在构件中会形成内应力，如果残余应力过大，会使构件性能降低，影响构件的强度和刚度。
因此，应尽可能减小或消除残余应力，提高构件的强度和刚度，增加构件的使用寿命。
残余应力的符号
残余应力的符号1. 引言在材料科学和工程领域，残余应力（Residual Stress）是指在材料内部或表面存在的一种内部力状态，它是由各种外部或内部因素引起的。
这些因素可以是加工过程中的温度变化、相变、机械变形等。
残余应力对材料的性能和行为有着重要影响。
它不仅会影响材料的强度和韧性，还可能导致材料发生塑性变形、裂纹扩展甚至破坏。
因此，了解残余应力的符号及其分布情况对于设计和使用材料具有重要意义。
本文将介绍残余应力的符号表示方法及其相关知识。
2. 残余应力的符号表示方法2.1 数学符号表示法在数学中，残余应力通常用σ表示。
σ可以是正值、负值或零，分别代表拉伸、压缩和无应力状态。
根据约定俗成，拉伸应力用正数表示，压缩应力用负数表示。
2.2 工程符号表示法在工程实践中，为了更直观地描述残余应力的符号，通常使用箭头符号表示。
箭头的方向表示应力的方向，箭头的长度表示应力的大小。
•正应力：箭头指向材料内部，表示拉伸应力。
•负应力：箭头指向材料外部，表示压缩应力。
•零应力：没有箭头，表示无应力状态。
这种符号表示方法能够清晰地展示残余应力在材料中的分布情况。
3. 残余应力的产生机制3.1 加工过程中的温度变化引起的残余应力在加工过程中，材料由于热胀冷缩效应会发生温度变化，从而引起残余应力。
例如，在焊接过程中，焊缝区域会经历高温和快速冷却，导致焊接接头产生残余拉伸应力。
3.2 相变引起的残余应力当材料经历相变（如固态相变、热处理等）时，体积发生改变可能会导致残余应力。
例如，在钢材经历淬火过程后，由于快速冷却导致表面形成压缩层而内部形成拉伸层。
3.3 机械变形引起的残余应力材料的机械变形也是产生残余应力的重要原因之一。
例如，金属材料在冷加工过程中会发生塑性变形，产生残余应力。
4. 残余应力的测量方法为了准确地测量残余应力，科学家和工程师们开发了多种测量方法。
以下是常用的几种方法：4.1 X射线衍射法X射线衍射法是一种非破坏性的测量方法，通过分析X射线在晶体中的衍射模式来确定晶体中的残余应力。
机械加工表面质量的影响因素
机械加工表面质量的影响因素摘要：大部分的机械设备零件的破坏，总是从零件表面开始的。
产品的性能，特别是它的可靠性和耐久度，在很大程度上决定于零件表面层的质量。
研究机械加工表面质量，其目的就是为了掌握机械加工中各个工艺对加工表面质量影响的规律，以便利用这些规律来控制加工过程，最终达到改善产品质量、增强产品使用性能的目的。
中图分类号：g71机械零件的加工质量，除加工精度外，表面质量也是极其重要的一个方面。
所谓加工表面质量，是指机器零件在加工后的表面层状态。
一台机器在正常的使用过程中，由于其零件的工作性能逐渐变坏，以致不能继续使用，有时甚至会突然损坏。
其原因除少数是因为设计不周而强度不够，或偶然事故引起了超负荷以外，大多数是由于磨损、受到外界介质的腐蚀或疲劳破坏。
磨损、腐蚀和疲劳损坏都是发生在零件的表面，或是从零件表面开始的。
因此，加工表面质量将直接影响到零件的工作性能，尤其是它的可靠性和寿命。
1机械加工表面质量对机器使用性能的影响表面质量对零件的耐磨性，配合精度，疲劳强度、抗腐蚀性，接触刚度等使用性能都有很大的影响。
零件的耐磨性主要与摩擦副的材料、热处理情况和润滑条件有关。
在这些条件已确定的情况下，零件的表面质量就起着决定性的作用。
零件的磨损过程，通常分为三个阶段：摩擦副刚开始工作时，磨损比较明显，称为初期磨损阶段（一般称为走合期）。
经初期磨损后，磨损缓慢均匀，进入正常磨损阶段。
当磨损达到一定程度后，磨损又突然加剧，导致零件不能正常工作，称为急剧磨损阶段。
在干摩擦或半干摩擦情况下，摩擦副表面的初期磨损与表面粗糙度有很大关系。
摩擦副表面有一个最佳粗糙度，过大或过小的粗糙度都会使初期磨损增大。
摩擦副的原始粗糙度太大，开始时两表面仅仅是若开凸峰相接触，实际接触面积小于名义接触面积，接触部分的实际压强很大，破坏了润滑油膜，接触的凸峰处形成局部干摩擦，因而接触部分金属的挤裂、破碎、切断等作用都较强，磨损也就较大。
拉拔制品中的残余应力
5.4.2
• 5.4.2.1
拉拔管材中的残余应力
空拉管材 1 空拔过程中金属流动是不均匀的，会产生不均匀变形。 原因如下：1 原因如下：1） 钢管本身的几何因素； 2） 模具形状和外摩擦因素。 2 空拔管内的残余应力 空拔时，外层金属的自然延伸和轴向流动速度小于内层，但由于受整体 性的制约，在轴向，外层产生附加拉应力，内层产生附加压力；由于 外层金属同时力图减少厚度缩小直径，内层金属力图增加厚度增大直 径，因此，在周向，外层产生附拉力，内层产生附加压力，在径向， 外层和内层都产生附加压力。另外，由于后接触变形过程的存在，在 轴向和周向，外层和内层也会分别产生附加拉力和附加压力。
由于外层金属同时力图减少厚度缩小直径内层金属力图增加厚度增大直外层金属同时力图减少厚度缩小直径内层金属力图增加厚度增大直径因此在周向外层产生附拉力内层产生附加压力在径向径因此在周向外层产生附拉力内层产生附加压力在径向外层和内层都产生附加压力
5.4
• 5.4.1
拉拔制品中的残余应力
拉拔棒材中的 残余应力分布影响空拔管外表层轴向和周向拉伸残余应力大小的主要原因有直径压 缩率、钢的力学性能、钢管的壁厚等。
5.4.2.2 衬拉管材 衬拉管材时，管子的内表面和外表面的变形量是不 同的，计算公式如下： ∆ = ( d − d − D − D )100%
0 1 0 1
d0
D0
D1 d 为拉拔前外径与内径（mm）； d 式中：D0、 0 为拉拔前外径与内径（mm）； 、 1 为拉拔后管外径和内径（mm）。 为拉拔后管外径和内径（mm）。
根据实验得知，变形差值 ∆ 越大，则周向残余应 力也越大。衬拉时有直径减缩，还有管壁的压缩变 形，因此变形差值 ∆ 越小，继而管子外表面产生的 周向残余拉应力也越小。
汽车制造工艺学考试试题
5、影响加工余量的因素：（1）、上工序的尺寸公差（2）、上工序加工后留下的表面粗糙度及表面缺陷层深度（3）、工件各表面相互位置的空间偏差（4）、本工序的装夹误差
6、对夹紧的基本要求：（1）、夹紧时不破坏工件在定位时的所处的正确位置（2）、夹紧力大小要适当，应保证工件在机械加工中位置稳定不变，不允许产生振动、变形和表面损伤。（3）、夹紧机构的复杂程度、工作效率与生产类型相适应，尽量做到结构简单，操作安全省力和方便，便于制造和维修（4）、具有良好的自锁性能。
19、调整装配法的特点及应用：零件尺寸制造公差可放大到经济公差大小，零件制造成本低。用低精度的零件，通过对调整建的调整，可以获得较高的装配精度。另一优点：对于使用中易磨损而丧失装配精度的装配尺寸链，可以通过对调整件的重新调节和更换，法。
2、粗基准的选择原则：（1）、尽可能选用精度要求高的主要表面作为粗基准。（2）、用非加工表面作粗基准，这样选择粗基准可使非加工表面与加工表面间的位置误差最小（3）、选作粗基准的表面，应尽可能平整（4）、粗基准再同一尺寸方向上应尽可能避免重复使用。
精基准的选择原则：（1）、尽可能选用设计基准或工序基准作为定位基准，即应遵循“基准重合”原则（2）、尽可能选用同一组定位基准加工各个表面，即遵循“基准统一”原则（3）、应保证工件的装夹稳定可靠，机床夹具结构简单，工件装夹操作方便。
金属加工热应力产生原因及防治与消除办法
金属加工热应力产生原因及防治与消除办法(总4页)-本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页-．热应力的形成由于铸件各部分冷却速度不同，以致在同一时期铸件各部分收缩不一致而引起。
2. 热应力形成规律：铸件的厚壁或心部受拉应力，薄壁或表层受压应力。
3．减小应力的措施在铸造工艺上采取“同时凝固原则”，尽量减小铸件各部位间的温度差，使铸件各部位同时冷却凝固。
将铸件加热到550~650℃之间保温，进行去应力退火可消除残余内应力。
热应力产生情况：铸件厚薄不同产生热应力。
厚（粗）拉应力，厚薄相差越大，热应力越大。
厚大断面的铸件冷却后，外层存在压应力（冷却快），心部是拉应力（冷慢）。
固态线收缩越大，热应力越大。
三个阶段变化：高温段：均匀塑变(粗\细均为塑性变形) 中温阶段：细(外,先冷)弹性变形，粗(后冷)塑性变形,弹性变形可以被塑性变形抵消一部分. 低温段：均是弹性变形(温度不同,变形量不一致),导致残余应力的产生. 结果：残余应力的分布情况:细(先冷)的最后被压缩，粗的(后冷)被拉伸残余应力的处理方法：自然时效方法和人工时效方法(包括热处理时效、敲击时效、振动时效、超声冲击时效、爆炸时效)1、自然时效——适合：热应力(铸造锻造过程中产生的残余应力) 冷应力(机械加工过程中产生的残余应力) 焊接应力(焊接过程中产生的应力)自然时效是最古老的时效方法。
它是把构件露天放置于室外，依靠大自然的力量，经过几个月至几年的风吹、日晒、雨淋和季节的温度变化，给构件多次造成反复的温度应力。
再温度应力形成的过载下，促使残余应力发生松弛而使尺寸精度获得稳定。
自然时效降低的残余应力不大，但对工件尺寸稳定性很好，原因是工件经过长时间的放置，石墨尖端及其他线缺陷尖端附近产生应力集中，发生了塑性变形，松弛了应力，同时也强化了这部分基体，于是该处的松弛刚度也提高了，增加了这部分材质的抗变形能力，自然时效降低了少量残余应力，却提高了构件的松弛刚度，对构件的尺寸稳定性较好，方法简单易行，但生产周期长.占用场地大，不易管理，不能及时发现构件内的缺陷，已逐渐被淘汰。
焊接残余应力的产生原因及控制方法的总结
焊接残余应力的产生原因及控制方法的总结摘要：焊接应力是焊接构件产生裂纹和变形的主要因素，对焊接质量影响较大。
因此，理解和掌握焊接残余应力的产生原因及控制方法，就显的非常重要。
本文对焊接残余应力的产生对结构的影响、焊接残余应力的预防及焊接残余应力的消除方法，进行了全面的归纳和总结，为学生能更好地理解和掌握焊接残余应力的相关知识，起到了一定的帮助作用关键词：焊接应力产生原因控制方法焊件在焊接过程中，由于受到了不均匀的局部加热和冷却，使焊件产生了不均匀的体积膨胀和收缩，导致焊件内部产生了焊接残余应力，而焊接残余应力又是产生裂纹和变形的主要因素。
因此，为让学生能够真正理解和掌握焊接残余应力产生的原因、焊接残余应力对焊件产生的影响及如何减少和消除焊接残余应力等内容，帮助学生为今后从事焊接工作打下良好的理论基础。
下面就焊接残余应力的相关知识，进行归纳和总结。
一、焊接残余应力的产生1、焊件在焊接过程中，其焊缝高温区的膨胀受到了周边低温区的限制与挤压，使高温区域产生局部压缩塑性变形，当焊件在冷却过程中，受到局部压缩产生塑性变形的金属由于不能自由收缩，而受到低温区的拉伸，这时，焊件中就产生了一个与焊件加热时产生的应力方向相反的应力，即焊接残余应力，又称温度应力。
2、焊缝在高温向低温的冷却过程中，焊缝金属会发生二次相变，这种二次相变，会引起金属材料组织的变化，从而产生体积的变化，在焊接接头区域产生了应力，又称相变应力。
3、在焊接过程中，如对焊件采用刚性固定，那么，焊接后焊件变形减少，但应力却增加。
反之，要使焊件残余应力减少，其变形量就要有一定的增加。
但焊接应力与变形在一定条件下，都将影响到焊件的质量。
所以，应力和变形要合理控制好。
4、焊接材料的屈服强度、导热系数、线膨胀系数、密度、比热容、焊件的形状与尺寸、焊接方法和焊接工艺等因素，对焊接残余应力的分布和大小都将产生较大的影响。
二、焊接残余应力对焊件结构产生的影响1、对焊件结构刚度产生的影响当焊件某个区域所受的应力达到屈服点时，这一区域部分的金属材料就会产生局部塑性变形，无法再承受外载荷，从而导致焊接结构的有效截面减少，使焊接结构的刚度降低。
残余应力基本知识
拉伸作用引起凸出效应
垂直于表面的塑性“凸出”， 按照波松比关系，必然会产生 平行于表面的塑性收缩，而表 面之下未收缩，所以，
在被切削平面产生残余拉 应力
耕犁阶段
材料塑性滑移阶段
即“塑性凸出”，表面塑性收缩阶段
表一 残余应力峰值与喷丸预应力的关系
p(Kgf/mm2) ＋100 ＋75 ＋50 0 －98 rp(Kgf/mm2) －91 －88 －83 －63 ＋5
rp 51.30.5p(Kgf/mm2) (1)
上式的线性回归相关系数为0.973。
然后，对施加不同预应力喷丸，得到不 同残余应力的的钢板弹簧进行疲劳试验， 得到了这样的S—N曲线
残余应力基本知识简介
• 残余应力概念界定 • 残余应力的产生 • 残余应力的作用 • 残余应力的测量方法
一、残余应力的基本概念
定义
• 内应力：没有外力或外力矩作用而在物体内部存在并自身保持平衡的应力。
•历史回顾 1860年 Woehler 指出火车轴的断裂有内应力作用这个因素 1925年 Masing 首次提出将内应力分为三类。 1935年 Давиденков依据各类内应力对晶体的X射线衍射
内
外
残余 应力 （MPa）
实际测试得到的分布曲线却是这样的
400
300
200
100
剥层深度 （mm）
0
10
8
6
4
2
0
-100
-200
实测曲线与理论分析所得曲线 形状相似，区别在于表层及其 以下区间多了显著的拉应力。
实际情况是：钢板弯折 并没有达到90度，焊接 时施加外力，强制焊接 成型，于是把弹性变形 固定下来。
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加工表面产生压缩残余应力和拉伸残余应力原因
加工表面产生压缩残余应力和拉伸残余应力是由于金属材料在加工过程中受到了外力的作用，导致其内部结构发生了变化。
这种变化会引起材料表面产生残余应力，即在没有外力作用时仍存在的应力。
在金属材料的加工过程中，通常会使用机械或热加工方法。
机械加工包括切削、冲压、钻孔等方法，而热加工则包括锻造、淬火、回火等方法。
这些加工方法都会对材料的结构和性能产生影响，从而导致表面残余应力的出现。
首先，机械加工中的切削和冲压是最常见的加工方法之一。
在这些过程中，金属材料受到了剪切和挤压等外力作用。
由于这些作用力不均匀地分布在材料表面上，因此会导致表面局部区域内的晶体结构发生变形。
这种变形会使得局部区域内的晶体结构比周围区域更紧密，从而形成压缩残余应力。
其次，在热加工过程中，金属材料会受到高温和快速冷却等作用力。
例如，在锻造过程中，金属材料被加热到高温状态，然后通过快速冷却来形成所需的形状。
这种过程会导致材料表面局部区域内的晶体结构发生变化，从而形成拉伸残余应力。
此外，在淬火和回火等热处理过程中也会产生残余应力。
在淬火过程中，金属材料被迅速冷却，从而使得表面区域内的晶体结构发生变化。
由于冷却速度不同，导致表面和内部的温度差异很大，因此会产生拉
伸残余应力。
在回火过程中，金属材料被加热到一定温度并保持一段
时间后再进行冷却。
这种过程也会导致表面和内部的晶体结构不同而
产生残余应力。
总之，加工表面产生压缩残余应力和拉伸残余应力是由于金属材料在
加工过程中受到了外力的作用而导致其内部结构发生了变化。
这些变
化会引起材料表面产生残余应力，进而影响材料的性能和寿命。
因此，在实际生产中，需要采取相应的措施来减轻或消除残余应力的影响。
例如，可以通过热处理、表面处理等方式来改变材料内部结构，从而
消除残余应力。