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一、什么是残余应力？

答：材料在生产制造和工作过程中，不可避免的会受到各种加工工艺和服役环境的作用，这些过程中都会产生残余应力。残余应力是指在构件加工或成形过程中，由于不均匀的应力场、应变场、温度场和组织不均匀性，在形变后的变形体内保留下来的应力，是材料的固有属性。

A、按应力产生的原因，有热应力、相变应力、收缩应力。

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：

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。(通常残余应力指此类)

第二类应力，亦叫微观应力。它是存在与一个晶粒或几个晶粒内，并保持平衡的应力。

二、钢铁企业中的残余应力

钢铁企业自身的钢铁产品，无论是热轧、冷轧产品，还是硅钢、汽车板、中厚板和型线材，在钢材生产过程中因轧制、冷却、卷取、精整不适当而产生的残余应力。因对其规律认识不足，测量、消除与控制存在诸多障碍。

钢铁企业生产的钢铁产品在下游用户加工过程中因焊接、冷热成形、拉拔、切削、热处理等又重新形成的残余应力，即钢铁制成品中的残余应力。其测试与消除都有比较成熟的办法。

残余应力的危害

残余应力的危害主要是表现为尺寸稳定性或板形质量问题（见下图片）。

这种危害有很大的蒙蔽性：即出厂产品的各项性能、表面质量、规格和平整度等交货指标均完全满足用户的要求，但产品在到达用户手中进行相应的切割、焊接或冲裁时，因钢厂生产板材内部残留的较大残余应力的释放，不同程度地出现板料或零件的尺寸、形状发生变化，甚至发生板平面外的二次变形，使用户正在进行以及后续的加工、装配困难重重，甚至无法使用，还遗留很大的安全隐患。

1.翘曲

2.尺寸改变

3.弯曲

4.开裂

三、如何测量残余应力

1.有损测量法:

将具有残余应力的部件从构建中分离出来使得应力释放，测量其应变的变化求出残余应力.

优缺点:技术成熟，精度较高，但会对工件照成一定破坏.

常见方法:钻孔法，深孔法，全释放应变法，轮廓法，压痕法(近似无损)等.

2.无损测量法:

在不损害工件的前提下，测量残余应力的方法.

常见方法:X射线衍射法，超声法，磁测法，中子衍射法等.

3.钻孔法

钻孔法在1934年由德国学者MatharJ提出，现已经发展的较为成熟。其原理就是在被测工件的表面贴上应变花，并对工件打孔，孔周围应力松弛，而形成新的应力/应变场分布J；通过标定应变释放系数A、B，基于弹性力学原理可推算出工件原有残余应力及应变。

4.全释放应变法

全释放应变法是在含有残余应力的试件中,由于材料整体性切割分块后,原试件中残余应力发生变化导致尺寸发生相应改变,测量应变的变化量从而计算残余应力大小.

5.压痕法

压痕法是通过球形压痕诱导产生的应变增量测定残余应力的方法.其原理是在被测工件的表面贴上应变花，采用压头制造压痕，通过测量应变增量，与标定的弹性应变与应变增量关系计算残余应力。

6.X射线衍射法

X 射线衍射法测量残余应力基于X射线衍射理论，晶体存在残余应力时，不同晶面间距随残余应力的大小发生规律性变化，通过测量晶面间距计算残余应力.是由俄国学者于1929年提出，经过多年发展，理论与实际测定方法都较为成熟，是目前应用最为广泛的一种无损残余应力测试方法.

7.超声法

超声法测量残余应力基于声弹性效应,超声波在固体中传播速度取决于固体中的残余应力.在材料性能已知的情况下通过测量超声波波速从而计算残余应力.

四、如何调控残余应力

残余应力对构件危害极大，因此控制及消除残余应力就十分必要。达到残余应力的调控消除的目的,常见有以下几种方式：

自然时效.自然时效是通过把零件暴露于室外，经过几个月甚至几年的时间，使其尺寸精度达到稳定的一种方法。这种时效方法虽然具有无污染，稳定铸件尺寸精度等优势，但时间长、占地广，后期还需进行除锈工艺。

热时效.把工件放进热时效炉中进行热处理，由室温缓慢均匀加热至一定温度后，保温4-8小时，再严格控制降温速度至较低温度以下出炉。热时效处理应用非常广泛，但耗时久，能源消耗大，且污染严重、成本高，工件受尺寸限制等。

超声时效法.利用大功率超声波推动冲击工具以高频冲击工件表面,使其表层产生较大压塑性变形,改变原有的残余应力场.

爆炸时效.使用爆炸产生的冲击波使工件发生塑性变形,从而达到消除残余应力的目的,常用于大型工件,周期短.

电磁时效.使用电磁膨胀使工件发生塑性变形,从而达到消除残余应力的目的.

五、残余应力检测适用标准

1.中国标准：

GBT_7704-2017_无损检测_X射线应力测定方法；

GBT_24179-2009_金属材料_残余应力测定_压痕应变法；

GBT_31218-2014_金属材料_残余应力测定 _全释放应变法；

GBT_31310-2014_金属材料_残余应力测定_钻孔应变法；

GBT_32073-2015_无损检测_残余应力超声临界折射纵波检测方法。

公司介绍：

深圳中翔检测技术有限公司，实验室位于特区深圳，专注于为客户提供金属材料制品，塑料橡胶制品，仓储货架，汽车零部件，轨道交通部件，紧固件，油漆涂料，电子元器件等产品的检验，鉴定，认证及研发等专业技术服务，服务对象涉及基础工业，港口机械，物流仓储，新能源，汽车，电力设施，航空航天及教育科研等领域。中翔检测多年来扎根于珠三角，服务于全国，依托专业的实验室技术人员，先进的检测方法，协助客户解决研发，生产，验收，贸易等多个环节的技术问题。中翔检测作为一家独立，专业，严谨，诚信的第三方检测机构，秉承着为客户提供优质服务的企业理念，是您值得信赖的合作伙伴。

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