殘余應(yīng)力形成原因振動(dòng)時(shí)效處理工藝
產(chǎn)生殘余應(yīng)力的機(jī)理：
各種機(jī)械加工工藝如鑄造、切削、焊接、熱處理、裝配等都會(huì)產(chǎn)生不同程度殘余應(yīng)力。下面用力學(xué)模型分析殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因。
一、機(jī)械加工引起的殘余應(yīng)力
這是金屬構(gòu)件在加工中最易產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。當(dāng)施加外力時(shí)，物體的一部分出現(xiàn)塑性變形，卸載后，塑性變形部分，限制了與其相鄰部分變形的恢復(fù)，因而出現(xiàn)了殘余應(yīng)力。如圖1.1a所示，當(dāng)一均勻梁受純彎曲且上下表面進(jìn)入塑性時(shí)，沿橫截面各層上的應(yīng)變分布如aa`線所示。其中mn部分產(chǎn)生了塑性變形，而no部分仍處于彈性狀態(tài)。當(dāng)外力去除時(shí)梁的變形得到恢復(fù)，各點(diǎn)的應(yīng)變也得到釋放，但梁的上表面m點(diǎn)深至n點(diǎn)這一層內(nèi)已產(chǎn)生塑性變形，設(shè)上表面m點(diǎn)的塑性應(yīng)變?yōu)棣?/span>t，則當(dāng)截面mm`各點(diǎn)的應(yīng)變恢復(fù)到折線bnon`b`時(shí)，整個(gè)截面內(nèi)將不存在應(yīng)力。但實(shí)際上梁截面內(nèi)應(yīng)變分布是以中性層為坐標(biāo)原點(diǎn)的線性分布，所以當(dāng)上表面的應(yīng)變值從εa降至εt時(shí)，截面內(nèi)各點(diǎn)仍有不平衡的彈性應(yīng)變?nèi)纭鱞on所示。因此梁的變形將繼續(xù)恢復(fù)，并使表面往下某一深度內(nèi)產(chǎn)生壓縮應(yīng)變?nèi)纭鱞pc所示。這時(shí)梁內(nèi)出現(xiàn)了如圖1.1b所示的應(yīng)力分布。直到所有的應(yīng)力在梁軸向總和為零且對(duì)o點(diǎn)的力矩為0時(shí)，截面處于平衡狀態(tài)而不再發(fā)生變形。這時(shí)沿截面各點(diǎn)出現(xiàn)了正負(fù)相間的自相平衡的應(yīng)力系統(tǒng)，這就是殘余應(yīng)力。
上述分析可見(jiàn)，構(gòu)件在外力作用下出現(xiàn)局部的塑性變形，當(dāng)外力去除時(shí)，這些局部的塑性變形限制了整個(gè)截面變形的恢復(fù)，因此產(chǎn)生了殘余應(yīng)力。這種由局部塑性變形引起的殘余應(yīng)力，在很多加工工藝中均會(huì)出現(xiàn)，如鍛壓、切削、冷拔、冷彎等等。這種殘余應(yīng)力往往是很大的。
二、溫度不均勻引起的殘余應(yīng)力
這種殘余應(yīng)力的產(chǎn)生主要有以下兩種原因：第一是由于溫度不均勻造成局部熱塑性變形；第二是由于相變引起的體積膨脹不均勻造成局部塑性變形。
1、于熱塑性變形不均而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力；
金屬材料在高溫下其性能將發(fā)生很大的變化，如屈服極限、彈性模量等都隨溫度的升高而下降。如果構(gòu)件上溫度場(chǎng)的溫度階梯較大，則屈服極限和彈性模量的分布也是不均勻的，因此在高溫下出現(xiàn)的熱塑性也是不均勻的。如圖1.2所示，是材料在不同溫度下的屈服極限的變化曲線。從圖中可以看出，材料在0—500℃階段的屈服極限基本不變，等于常溫時(shí)的屈服極限σs 。當(dāng)溫度在500—600℃階段時(shí)，材料的屈服極限成線形下降至接近于零。當(dāng)溫度超過(guò)600℃以后，可以認(rèn)為屈服極限為零。
2、因組織改變而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力
從圖1.2中可見(jiàn)，如果溫度大于600℃，其應(yīng)力變化與低溫時(shí)是相似的。但由于這時(shí)材料的屈服極限接近于零。因此很容易出現(xiàn)熱塑性變形。變形恢復(fù)時(shí)受的阻力也比前者大，所以殘余應(yīng)力也較大，但產(chǎn)生殘余應(yīng)力的條件是不變的。高溫中的另一個(gè)問(wèn)題就是由相變引起的相變應(yīng)力。金屬的組織發(fā)生相變時(shí)，會(huì)出現(xiàn)體積的突然膨脹。如果這種膨脹是均勻的，則如同構(gòu)件均勻熱膨脹一樣，沒(méi)有約束的情況下不產(chǎn)生應(yīng)力。但是由于構(gòu)件的組織成分不均勻，溫度分布不均勻等等原因，造成構(gòu)件各部分相變時(shí)間不同，體積膨脹不均勻，因此使各部分間出現(xiàn)互相約束而產(chǎn)生了殘余應(yīng)力。
三、構(gòu)件尺寸公差引起的殘余應(yīng)力
在焊接、鉚接、螺釘連接時(shí)往往有公差配合問(wèn)題。如船體分段對(duì)接時(shí)必須將對(duì)接鋼板拉到一起，這些由外力拉到一起而組合的結(jié)構(gòu)，當(dāng)外力去除后，整個(gè)系統(tǒng)就出現(xiàn)了殘余應(yīng)力。這種應(yīng)力一般來(lái)說(shuō)屬于結(jié)構(gòu)應(yīng)力，大多數(shù)情況下處于彈性狀態(tài)。
總之，殘余應(yīng)力的產(chǎn)生是由于構(gòu)件某一部分的變形恢復(fù)受到約束而造成的。局部不均勻的塑性變形的出現(xiàn)，是產(chǎn)生殘余應(yīng)力的普遍原因。一個(gè)構(gòu)件上殘余應(yīng)力的分布狀態(tài)是由各種原因產(chǎn)生的殘余應(yīng)力的綜合值來(lái)決定的，因此它的分布規(guī)律是隨機(jī)的，給測(cè)量和研究帶來(lái)較大的困難。
殘余應(yīng)力的影響
金屬構(gòu)件（鑄件、焊接件、鍛件），在加工過(guò)程中，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，高者在屈服極限附近。構(gòu)件中的殘余應(yīng)力大多數(shù)表現(xiàn)出很大的危害作用；如使構(gòu)件的強(qiáng)度降低、降低工件疲勞極限、造成應(yīng)力腐蝕和脆性斷裂，由于殘余應(yīng)力的松弛，使構(gòu)件產(chǎn)生變形，影響了構(gòu)件的尺寸精度。因此降低和消除構(gòu)件的殘余應(yīng)力，就顯得十分必要。
1、對(duì)金屬材料屈服極限的影響
圖1.3為金屬材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線示意圖。
如果材料具有拉伸殘余應(yīng)力，如圖中σt，則相當(dāng)于提高了應(yīng)力-應(yīng)變曲線的坐標(biāo)原點(diǎn)，而改為σo-εo坐標(biāo)。即相當(dāng)于降低了材料的拉伸屈服極限。即： σts =σs-σt
而相應(yīng)提高了壓縮屈服極限。 即：σ ″ ts=-（σs＋σt）
如果材料具有壓縮殘余應(yīng)力的情況，就如同圖1.3中坐標(biāo)σ‵o - ε‵o 所描述的那樣：使拉伸屈服極限提高，而壓縮屈服極限降低。
我們必須在考慮構(gòu)件強(qiáng)度性能要求的基礎(chǔ)上來(lái)評(píng)定這些影響的好壞。一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)者不希望構(gòu)件內(nèi)具有拉伸殘余應(yīng)力，但假若構(gòu)件內(nèi)具有壓縮殘余應(yīng)力，則可提高構(gòu)件的疲勞壽命。這正象預(yù)壓力鋼筋混凝土梁可以提高構(gòu)件的使用強(qiáng)度一樣。因此，對(duì)殘余應(yīng)力所造成的屈服極限的變化，要根據(jù)設(shè)計(jì)者的要求使用極限強(qiáng)度來(lái)加以衡量。
2、殘余應(yīng)力對(duì)疲勞壽命的影響
人們很早就知道，當(dāng)受到交變應(yīng)力的構(gòu)件存在壓縮殘余應(yīng)力時(shí)，該構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度會(huì)有所提高，而存在拉伸殘余應(yīng)力時(shí)，其疲勞強(qiáng)度會(huì)有所下降。因此在實(shí)際應(yīng)用中往往通過(guò)表面硬化處理產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力，從而有效地提高疲勞強(qiáng)度。但是很多情況下，構(gòu)件表面存在的是拉伸殘余應(yīng)力，人們首先考慮的是如何來(lái)改變這種應(yīng)力分布以提高疲勞壽命，這就是調(diào)整殘余應(yīng)力問(wèn)題，這與考慮殘余應(yīng)力對(duì)變形的影響是不相同的，后者考慮的是如何降低和消除殘余應(yīng)力以保證構(gòu)件變形的穩(wěn)定性。
實(shí)際上，殘余應(yīng)力對(duì)疲勞的影響因條件和環(huán)境的不同而改變。它與殘余應(yīng)力分布規(guī)律和量值、材料的彈性性能、外來(lái)作用的狀態(tài)等因素有關(guān)。當(dāng)我們研究殘余應(yīng)力對(duì)疲勞的影響時(shí)既要考慮宏觀殘余應(yīng)力的影響，也要考慮微觀殘余應(yīng)力的影響?？梢哉J(rèn)為，宏觀殘余應(yīng)力在初期暫時(shí)與作用的交變應(yīng)力疊加，改變應(yīng)力水平，較大地影響著疲勞壽命。而由微觀組織不均勻性所造成的殘余應(yīng)力，在應(yīng)力交變過(guò)程中，會(huì)使微觀區(qū)域內(nèi)的塑性變形積累，這些影響比起對(duì)靜強(qiáng)度的影響來(lái)說(shuō)，在實(shí)際上更為重要。
圖1.4所示的是對(duì)厚度3mm的薄板進(jìn)行噴丸強(qiáng)化和形變強(qiáng)化使之表面出現(xiàn)壓縮殘余應(yīng)力，并通過(guò)對(duì)不同量值的殘余應(yīng)力試件進(jìn)行脈動(dòng)彎曲疲勞極限的測(cè)定得出的殘余應(yīng)力與疲勞極限間的關(guān)系。從圖中可以看出，外表面最高的殘余應(yīng)力與疲勞極限間的關(guān)系極為明顯。
用熱處理方法使表面產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力也是對(duì)疲勞強(qiáng)度影響的實(shí)例，圖1.5是把圓棒在600℃時(shí)急冷，使表面產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力。
電鍍處理的殘余應(yīng)力由于工藝電流、電鍍液種類、溫度等的不同，使其分布和量值的差異很大，因此電鍍殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響變化也很大。多數(shù)金屬在電鍍后表面產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力，因此將大大降低疲勞強(qiáng)度。
殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響是復(fù)雜的。由于在交變應(yīng)力作用下殘余應(yīng)力將會(huì)發(fā)生很大的變化，所以研究殘余應(yīng)力與疲勞強(qiáng)度之間的關(guān)系是比較困難的。但其影響規(guī)律，通過(guò)實(shí)驗(yàn)還是可以找到的。
3、殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件變形的影響
殘余應(yīng)力是一個(gè)不穩(wěn)定的應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)構(gòu)件受到外力作用時(shí)，作用應(yīng)力與殘余應(yīng)力的相互作用，使某些局部呈現(xiàn)塑性變形，截面內(nèi)應(yīng)力重新分配，當(dāng)外力作用去除時(shí)整個(gè)構(gòu)件將要發(fā)生變形。所以殘余應(yīng)力明顯地影響著加工后的構(gòu)件精度。這也是機(jī)械加工和工程部門最關(guān)心的問(wèn)題之一。
實(shí)踐已證明，具有表面拉伸殘余應(yīng)力的構(gòu)件其變形穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如具有表面壓縮殘余應(yīng)力的構(gòu)件變形穩(wěn)定性好。
殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件變形的影響包括兩個(gè)方面，一是構(gòu)件抗靜、動(dòng)載荷的變形能力，另一方面是荷載卸除后變形的恢復(fù)能力。殘余應(yīng)力在這兩個(gè)方面對(duì)構(gòu)件的影響是很大的，因此人們一直在研究消除這些影響的有效辦法。
4、殘余應(yīng)力對(duì)金屬脆性破壞的影響
脆性破壞是構(gòu)件在幾乎不存在塑性變形的情況下突然開(kāi)裂。它在溫度突然下降或變形速度突然增大的情況下，最容易發(fā)生。這時(shí)塑性變形處于抑制狀態(tài)，如再突然受到較大的作用應(yīng)力等原因，就易于發(fā)生脆性斷裂破壞。殘余應(yīng)力是作為初始應(yīng)力存在于構(gòu)件內(nèi)，特別是拉伸殘余應(yīng)力與作用拉應(yīng)力疊加而加速了脆性破壞。
下面我們做個(gè)實(shí)驗(yàn)：把長(zhǎng)度91cm、寬76cm、厚為2cm的軟鋼板對(duì)焊起來(lái)。在焊縫處沿接合方向的殘余應(yīng)力是接近于焊接金屬屈服極限的拉應(yīng)力。將焊好的試件一部分做退火處理以消除殘余應(yīng)力，再與未經(jīng)處理的試件一起放在-13℃下冷卻，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)處理的試件未出現(xiàn)裂紋，而沒(méi)經(jīng)退火處理的試件即使無(wú)外力作用下也出現(xiàn)了脆性裂紋。分析其原因是在溫度的快速下降時(shí)，材料塑性下降所引起的脆性破壞。殘余應(yīng)力的脆性破壞在焊接件中最易發(fā)生。某重型汽車廠生產(chǎn)的車架由于焊接裂紋而大批報(bào)廢。某造船廠鑄造的十幾噸重的大型鏈輪箱，因開(kāi)箱溫度過(guò)高而室溫較低，箱體交角處從上至下出現(xiàn)斷裂裂紋，裂紋速度發(fā)展較快。這些都說(shuō)明在無(wú)外力作用下產(chǎn)生脆性破壞完全是殘余應(yīng)力引起的。
5、殘余應(yīng)力對(duì)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的影響
金屬與周圍介質(zhì)的接觸而產(chǎn)生化學(xué)作用所引起的破壞稱做腐蝕。如果在發(fā)生腐蝕的同時(shí)還有應(yīng)力的作用，則會(huì)加速腐蝕破壞，這就是應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。它的特點(diǎn)是：一是拉應(yīng)力與腐蝕共存。二是由于材料成分和組織不同、介質(zhì)不同等，對(duì)應(yīng)力腐蝕的敏感性也不同。有時(shí)在不發(fā)生腐蝕的介質(zhì)中，有些金屬在應(yīng)力作用下也發(fā)生應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象。三是在應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂過(guò)程中，首先出現(xiàn)點(diǎn)蝕，再逐步擴(kuò)展成裂紋，裂紋的擴(kuò)展主要是沿著最大主應(yīng)力垂直的方向進(jìn)行，在微觀上是沿著材料晶界或穿過(guò)晶粒進(jìn)行。
試驗(yàn)證明，拉應(yīng)力和腐蝕共存是應(yīng)力腐蝕的必要條件。拉應(yīng)力使腐蝕破壞加速，這是應(yīng)力對(duì)腐蝕的作用。而殘余應(yīng)力的存在則必有拉伸應(yīng)力，因此對(duì)于承受腐蝕的金屬構(gòu)件來(lái)說(shuō)，殘余應(yīng)力也起到了應(yīng)力腐蝕的作用。對(duì)于壓縮殘余應(yīng)力則恰恰相反，可以防止和減低應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂現(xiàn)象。防止應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的現(xiàn)場(chǎng)措施有表面壓延、噴丸和氮化處理等，其原理都是使構(gòu)件表面產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力。
殘余應(yīng)力在幾種典型工況下的產(chǎn)生
1、 鑄造應(yīng)力的產(chǎn)生：
（1） 熱應(yīng)力
由于鑄件各部分的薄厚不一樣（如機(jī)床床身導(dǎo)軌部分很厚，側(cè)壁.筋板部分較?。T后，薄壁部分冷卻速度快收縮大，而厚壁部分，冷卻速度慢，收縮小。薄壁部分的收縮受到厚壁部分的阻礙，所以薄壁部分受拉力，厚壁部分受壓力。因縱向收縮差大，因而產(chǎn)生的拉壓應(yīng)力也大。這時(shí)鑄件的溫度高，薄厚壁都處于塑性狀態(tài)，其壓應(yīng)力使厚壁部分變粗，拉應(yīng)力使薄壁部分變薄，拉壓應(yīng)力隨塑性變形而消失。
鑄件逐漸冷卻，當(dāng)薄壁部分進(jìn)入彈性狀態(tài)而厚壁部分仍處于塑性時(shí)，壓應(yīng)力使厚壁部分產(chǎn)生塑性變形，繼續(xù)變粗，而薄壁部分只是彈性拉長(zhǎng)，這時(shí)拉壓應(yīng)力隨厚壁部分變粗而消失。鑄件仍繼續(xù)冷卻，當(dāng)薄厚壁部分進(jìn)入彈性區(qū)時(shí)，由于厚壁部分溫度高，收縮量大。但薄壁部分阻止厚壁部分收縮，故薄壁受壓應(yīng)力，厚壁受拉應(yīng)力。應(yīng)力方向發(fā)生了變化。這種作用一直持續(xù)到室溫，結(jié)果在常溫下厚壁部分受拉應(yīng)力，薄壁部分受壓應(yīng)力。
這個(gè)應(yīng)力是由于各部分薄厚不同。冷卻速度不同，塑性變形不均勻而產(chǎn)生的，叫熱應(yīng)力。
在導(dǎo)軌或側(cè)壁的同一個(gè)截面內(nèi)，表層與內(nèi)心部，由于冷卻快慢不同，也產(chǎn)生相互平衡的拉壓應(yīng)力，用類似與上述方法分析，可知在室溫下表層受壓應(yīng)力，心部受拉應(yīng)力，并且截面越大，應(yīng)力越大，此應(yīng)力也叫熱應(yīng)力。
（2）相變應(yīng)力
常用的鑄鐵含碳量在2.8-3.5％，屬于亞共晶鑄鐵，由結(jié)晶過(guò)程可知：厚壁部分在1153℃共晶結(jié)晶時(shí)，析出共晶石墨，產(chǎn)生體積膨脹 ，薄壁部分阻礙其膨脹，厚壁部分受壓應(yīng)力，薄壁部分受拉應(yīng)力。厚壁部分因溫度高，降溫速度快，收縮快，所以厚壁逐漸變?yōu)槭芾瓚?yīng)力。而薄壁與其相反。在共析（738℃）前的收縮中，薄厚壁均處于朔形狀態(tài)，應(yīng)力雖然不段產(chǎn)生，但又不斷被塑性變性所松弛，應(yīng)力并不大。當(dāng)降到738℃時(shí)，鑄鐵發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，由面心立方結(jié)構(gòu)變?yōu)轶w心立方結(jié)構(gòu)（既γ—Fe變?yōu)閍 —Fe），比容由 。同時(shí)有共析石墨析出，使厚壁部分伸入產(chǎn)生壓應(yīng)力。上述的兩種應(yīng)力，是在1153℃ 和738 ℃兩次相變而產(chǎn)生的，叫相變應(yīng)力。相變應(yīng)力與冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力方向相反，相變應(yīng)力被熱應(yīng)力抵消。在共析轉(zhuǎn)變以后，不在產(chǎn)生相變應(yīng)力，因此鑄件由于薄厚冷卻速度不同所形成的熱應(yīng)力起主要作用。
（3）收縮應(yīng)力（亦叫機(jī)械阻礙應(yīng)力）：鑄件在固態(tài)收縮時(shí)，因受到鑄型、型芯、澆冒口等的阻礙作用而產(chǎn)生的應(yīng)力叫收縮應(yīng)力。由于各部分由塑性到彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變有先有后，型芯等對(duì)收縮的阻力將在鑄件內(nèi)造成不均勻的的塑性變形，產(chǎn)生殘余應(yīng)力。收縮應(yīng)力一般不大，多在打箱后消失。
2、焊接應(yīng)力的產(chǎn)生：
焊接中.焊縫處溫度迅速升高，體積膨脹。熱影響區(qū)溫度低，阻礙焊縫膨脹，結(jié)果焊縫處產(chǎn)生壓應(yīng)力，熱影響區(qū)產(chǎn)生拉應(yīng)力。但此時(shí)焊縫處于塑性狀態(tài)，焊縫被壓應(yīng)力墩粗，松弛了此應(yīng)力。
焊后冷卻時(shí)，熱影響區(qū)冷卻速度快，很快進(jìn)入彈性狀態(tài)，焊縫處溫度高，處于塑性狀態(tài)。這時(shí)焊縫收縮，較熱影響區(qū)收縮慢，焊縫阻礙熱影響區(qū)收縮，焊縫仍受壓應(yīng)力，影響區(qū)受拉應(yīng)力。但焊縫處于塑性狀態(tài)，焊縫的塑性墩粗，松弛了此應(yīng)力。
熱影響區(qū)溫度不斷降低，冷卻速度也變慢，當(dāng)焊縫的冷卻速度高于熱影響區(qū)時(shí)，焊縫收縮較快，焊縫的收縮受到熱影響區(qū)阻礙，應(yīng)力方向發(fā)生了轉(zhuǎn)變，焊縫受拉應(yīng)力，熱影響區(qū)受壓應(yīng)力。當(dāng)焊縫和熱影響區(qū)都進(jìn)入彈性狀態(tài)時(shí)，因焊縫溫度高，冷卻速度快，收縮量大，熱影響區(qū)溫度低，冷卻速度低，收縮量小，焊縫收縮受到熱影響區(qū)阻礙，結(jié)果焊縫受拉應(yīng)力，熱影響區(qū)受壓應(yīng)力。此時(shí)沒(méi)有塑性變形，這一對(duì)壓應(yīng)力，隨著溫度的降低，焊縫收縮受阻礙越來(lái)越大，拉應(yīng)力也越來(lái)越大，直至室溫，拉應(yīng)力可近似于屈服極限。
3、淬火產(chǎn)生的殘余應(yīng)力
淬火工藝使構(gòu)件產(chǎn)生殘余應(yīng)力的主要原因，是淬火件外表和心部的溫差而造成的熱應(yīng)力，其次是由于相變而產(chǎn)生的組織應(yīng)力。構(gòu)件最終的殘余應(yīng)力將是這兩種應(yīng)力的綜合值。
殘余應(yīng)力的分類
殘余應(yīng)力的分類有許多種，如：
A、按應(yīng)力產(chǎn)生的原因，有熱應(yīng)力.相變應(yīng)力.收縮應(yīng)力。詳細(xì)內(nèi)容如上所述。
B、按應(yīng)力方向分有拉應(yīng)力（力的方向向背的應(yīng)力），壓應(yīng)力（力的方向相同的應(yīng)力）。
C、按影響區(qū)域的大小分有：
第一類應(yīng)力，亦叫宏觀應(yīng)力。它是存在與整個(gè)體積或較大尺寸范圍內(nèi)并保持平衡的應(yīng)力。如沿機(jī)床床身導(dǎo)軌縱向分布的拉應(yīng)力和沿側(cè)臂分布的壓應(yīng)力等。
第二類應(yīng)力，亦叫微觀應(yīng)力。它是存在與一個(gè)晶粒或幾個(gè)晶粒內(nèi)，并保持平衡的應(yīng)力。例如：晶粒1、2、3、4、5同處拉應(yīng)力的應(yīng)力場(chǎng)中，應(yīng)力大小為σ。從金屬物理學(xué)可知：各個(gè)晶粒所受的切應(yīng)力與取向因子成正比。假設(shè)晶粒1的取向因子最大，則晶粒1切應(yīng)力最大。若此切應(yīng)力略大于臨界內(nèi)應(yīng)力，則晶粒1產(chǎn)生塑性變性。其余各晶粒處于彈性狀態(tài)。
當(dāng)應(yīng)力σ除掉后，晶粒2、3、4、5均為回復(fù)到原狀態(tài)，但晶粒1產(chǎn)生塑性伸長(zhǎng)，不能恢復(fù)到原狀態(tài)，阻礙2、3、4、5晶粒回復(fù)，結(jié)果晶粒1受壓應(yīng)力。其余各晶粒受拉應(yīng)力。這種在幾個(gè)晶粒間存在并保持平衡的應(yīng)力，稱為第二類殘余應(yīng)力。
第三類應(yīng)力，亦叫超微觀應(yīng)力。它是存在與幾個(gè)原子或幾千個(gè)原子內(nèi)并保持平衡的應(yīng)力。例如，間隙原子與溶劑原子間存在的應(yīng)力。
D、按應(yīng)力在工件中存在和作用的時(shí)間長(zhǎng)短可分為：
臨時(shí)應(yīng)力：所產(chǎn)生應(yīng)力的條件消失后，應(yīng)力也隨之消失。
殘余應(yīng)力：亦叫殘留應(yīng)力或內(nèi)應(yīng)力。產(chǎn)生應(yīng)力的條件消失后，應(yīng)力依然存在于工件不同部位的應(yīng)力叫殘余應(yīng)力。如熱應(yīng)力.相變內(nèi)應(yīng)力.收縮應(yīng)力等，都是殘余應(yīng)力。
綜上所述，鑄造.鍛造.焊接等都必然產(chǎn)生殘余應(yīng)力。焊件沿焊縫縱向分布著近似于屈服點(diǎn)的拉應(yīng)力。而鑄鐵件由于石墨尖端的松弛，殘余應(yīng)力不高，鑄造應(yīng)力范圍列與表一。
各種鑄鐵件的鑄造應(yīng)力 單位：N/mm2
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鑄鐵種類 |
灰鑄鐵 |
合金鑄鐵 |
蠕蟲(chóng)狀石墨鑄鐵 |
球墨鑄鐵 |
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殘余應(yīng)力 |
52.3 |
106.3 |
127-137 |
180 |