超声波冲击原理

超声波冲击法消除残余应力的原理是采用20kHz以上的高频大功率超声波，以巨大的能量带动冲击头对金属物体表面进行冲击，使金属表层产生很大的压缩塑性变形，从而达到消除残余应力的目的^[15]。其原理类似于振动时效法和锤击法。对于材质比较软且容易变形的材料，采用超声波冲击法来消除其残余应力具有其他方法无法比拟的优点。

从材料的应力应变特性角度分析，超声波冲击法消除残余应力的必要条件是动应力σ_d（激振力）和残余应力σ_r之和大于材料的屈服强度σ_s。即

σ_d+σ_r≥σ_s （5-7）

当上式成立时，在工件内残余应力的高峰值处将产生局部屈服，引起微小的塑性变形，使得工件内部残余应力高峰值降低并使残余应力重新均化分布，达到强化金属基体、增强抗变形能力，以及提高工件尺寸精度的稳定性的目的。

从位错理论的微观角度分析，残余应力的本质是晶格畸变，而晶格畸变在很大程度上是由位错引起的。超声波振动过程中金属材料内部的位错滑移产生微观塑性变形，使残余应力得以释放。超声波冲击法消除残余应力的微观必要条件可表示为(www.xing528.com)

σ_d+σ_r≥σ_l （5-8）

式中，σ_d为动应力；σ_r为残余应力；σ_l为流变应力。

当上式成立时，金属晶体将产生位错运动。位错运动一方面产生位错增殖及亚结构的变化；另一方面使晶体产生微观塑性变形。位错增殖及亚结构的变化将使金属发生强烈的加工硬化，即继续产生塑性变形的抗力增大，强度大大提高，从而提高工件的抗变形能力和尺寸稳定性。而金属晶体的微观塑性变形将使高残余应力得以释放，消除或降低应力集中，从而达到均化应力的目的。