表面层残余应力优化探讨

残余应力是指在没有外力作用的情况下零件上存留的应力。这里仅讨论零件加工表面层的残余应力。

1.表面层残余应力的产生

机械加工过程中，工件表面层残余应力产生的主要原因有:

(1)冷态塑性变形。

在切削或磨削过程中，工件加工表面受到刀具或砂轮磨粒后刀面的挤压和摩擦，产生拉伸塑性变形，此时里层金属处于弹性变形状态;切削或磨削过后，里层金属趋于弹性恢复，但受到已产生塑性变形的表层金属的牵制，在表层产生残余压应力，里层产生残余拉应力。

(2)表层金属的热态塑性变形。

切削或磨削过程中，工件表层的温度比里层高，表层的热膨胀较大，但受到里层金属的阻碍，使得表层金属产生压缩塑性变形。加工后零件冷却至室温时，表层金属体积的收缩又受到里层金属的牵制，因而使表层金属产生残余拉应力，里层产生残余压应力。(www.xing528.com)

(3)表层金属金相组织的变化。

切削或磨削过程中，若工件表层温度高于材料的相变温度，则会引起金相组织的变化。由于不同的金相组织具有不同的密度，例如，马氏体密度ρ马=7.75g/cm3，奥氏体密度ρ奥=7.96g/cm3，珠光体密度ρ珠=7.78g/cm3，铁素体ρ铁=7.88g/cm3。因此，表层金属金相组织的变化造成了其体积的变化，这种变化受到基体金属的限制，从而在工件表层产生残余应力。当金相组织的变化使表层金属的体积膨胀时，表层产生残余压应力，反之，则产生残余拉应力。

必须指出，实际加工后表层的残余应力是冷态塑性变形、热态塑性变形和金相组织变化三者综合作用的结果。

2.影响表层残余应力的主要因素

影响零件表面残余应力的工艺因素比较复杂。不同的加工条件下，残余应力的大小、符号及分布规律可能有明显的差别。切削加工时起主要作用的往往是冷态塑性变形，表面层常产生残余压应力;磨削加工时，热塑性变形或金相组织的变化通常是产生残余应力的主要因素，表面层常存有残余拉应力。

总的来说，凡能减小塑性变形和降低切削或磨削温度的因素都可使零件表面残余应力减小。