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残余应力不能不管!——别把材料憋出内伤,它裂给你看

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残余应力是指在材料或结构中,即使在外部载荷移除后,仍存在的内部应力,残余应力的存在可能会影响材料的性能,如降低其机械强度、影响尺寸稳定性,甚至导致裂纹的产生和扩展。冲压模具中的铸件裂纹,有一部分就源于残余应力或受力过程中的应力集中。

按照下图解释下:材料的原始状态,这时候材料舒服的在哪里躺平,内心静如水,当有个外力施加到材料上,材料将会发生变形,那材料肯定不愿意呀,你看它内部有的位置受拉,有的位置受压,总之是失去了平衡,开始拧巴,这时候你松下力量,它就恢复躺平了?NO,它还生气呢,你折腾他产生的应力还残留在体内,这就是残余应力了。

上图是直观的表达,实际上残余应力的产生原因多种多样,包括机械加工过程中的非均匀塑性变形(如锻造、轧制等)、材料的成形操作、机械表面处理、高温冷却过程中发生的相变、在加热或冷却过程中的非均匀塑性变形(如火工矫正、焊接等过程)等。总之这种应力通常是由于材料在制造、加工或使用过程中经历的不均匀变形或冷却而产生的(零件难受,它内部不舒服)。

下表是常见的应力类型,各位小伙伴参见:

类型原因特点

热残余应力

材料在加热或冷却过程中由于不均匀温度变化引起的应力

可能导致零件变形或开裂,通常在表面和心部之间存在应力梯度

冷加工应力

冷加工(如冷轧、冷拔)引起的塑性变形,材料内部产生的应力

冷加工应力通常表现为压缩应力在材料表面,拉伸应力在材料内部。

热加工应力

热加工(如锻造、热轧)过程中,由于温度变化和相变导致的应力

热加工应力通常比冷加工应力小,因为高温下材料的塑性较好

焊接残余应力

焊接时局部加热和冷却引起材料的热膨胀和收缩不一致

焊缝区域附近可能存在高应力,可能导致结构开裂或降低疲劳寿命焊接应力可以是压缩的或拉伸的,取决于焊接参数和材料的热性质

铸造残余应力

铸件在凝固和冷却过程中由于各部分冷却速度不同而产生的应力

可能导致铸件变形或开裂

冷成型残余应力

材料在冷态下通过冲压、弯曲、拉伸等工艺形成的残余应力

可能导致零件尺寸不稳定,影响装配精度

表面处理应力

表面处理(如涂层、喷漆)过程中,由于涂层与基体材料的热膨胀系数不匹配,在温度变化时会产生内部应力

涂层在冷却时收缩,如果基体材料限制其收缩,则会形成拉伸应力

腐蚀应力

腐蚀作用会导致材料表面局部损失,从而在未腐蚀区域产生残余应力。

由于腐蚀产物的体积膨胀或腐蚀引起的材料损失造成的

热处理应力

热处理过程中,如淬火、回火等,由于温度变化和组织转变,材料内部会产生应力

淬火通常会产生高残余应力,而回火可以减少这些应力。

相变残余应力

材料在相变过程中由于体积变化引起的应力

如马氏体相变时,钢的体积会增加,导致残余应力

残余应力可以是拉应力或压应力,并且在材料的一个区域内可能同时存在拉压应力。这些残余应力可能会影响材料的性能,如疲劳寿命、尺寸稳定性和应力腐蚀开裂敏感性等。

最后,我想起一个网友的表达:

一只饺子,煮熟了盛起来。饺子皮先凉了,然后变硬了,可是馅还没凉,由于热胀冷缩,馅凉的过程要缩小,饺子皮和馅又粘在了一起,于是馅缩小后饺子皮就有一个力让它缩小的力,同理饺子馅受到饺子皮给它的撑大的力。

有才吧!赞!

   
   
来源:CATIA模具设计应用
疲劳焊接铸造裂纹材料模具装配
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首次发布时间:2024-07-14
最近编辑:1月前
恒拱
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