残余应力的产生和时效方法

    金属构件（铸件.锻件.焊接件）在冷热加工过程中产生残余应力，高者在屈服极限附近
构件中的残余应力大多数表现出很大的有害作用；如降低构件的实际强度.降低疲劳极限.
造成应力腐蚀和脆性断裂，由于残余应力的松弛，使零件产生变形，大大的影响了构件的

  

尺寸精度。因此降低和消除构件的残余应力就十分必要了。
   一.

  

残余应力的产生

    1.

  

铸造应力的产生

    （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 其膨张，厚壁部分受

压应力，薄壁部分受拉应力，薄辟部分受拉应力。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
均处于朔形状态，应力虽然不段产生? 但又不断被塑性变性所松弛，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/g2。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，不在产生相变些

  

力，因此铸件由与薄厚冷却速度不同所形成的热应力起去起主要作用。
    (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。
    (4)

  

残余应力的分类残余应力的分类有许多种③，如：

    a)按应力产生的原因，有热应力.相变应力.

  

收缩应力。详细内容如上所述。

    b)

  

按应力方向分有拉应力（力的方向向背的应力），压应力（力的方向相同的应力）。

    c)

  

按影响区域的大小分有：

     第一类应力，亦叫宏观应力。它是存在与整个体积或较大尺寸范围内并保持平衡的应力? 

  

如沿机床床身导轨纵向分布的拉应力和沿侧臂分布的压应力等。