残余应力的形成机理及分析方法

金属材料零部件从原材料到成型一定经过一系列的热加工与冷加工，一定会产生各类应力，这些内应力如果不能消除，就残留到零部件内部成为失效的内在重要原因。材料内部存在的应力一般分成三类：第一类内应力是在整个物体或较大尺寸范围内保持平衡的应力，这就是通常说的残余应力；除此之外，材料内部还存在晶粒尺寸范围内的应力，称为第二类内应力；原子尺寸范围内保持平衡的应力，称为第三类内应力。后两种应力一般称为微观应力。

在铸造、焊接、热处理及各类表面处理过程中，一般均会在工件内部存在残余应力。残余应力对材料机械性能有重要影响已经被人们充分认识。一些学者甚至对材料的组织结构决定性能的基本观点进行修正，认为“材料的组织结构与残余应力共同作用，决定了材料的性能”。所以在进行材料失效分析时，应该充分注意到残余应力的作用。目前可以采用一些软件定量计算残余应力，然而利用一些简单模型对残余应力进行定性分析，所获得的结论，对于失效分析还是非常有实际应用价值的。

金属材料各种不同的加工工艺产生残余应力的机理往往有共同之处。例如，材料本身固有的热胀冷缩特性导致在不同的加工工艺中均会产生残余应力。根本原因是材料的表面与心部的加热与冷却不可能同时发生，表面与心部热胀冷缩不同时产生应力。在不同工艺中，由于加热或者冷却过程中发生各种类型的相变所产生残余应力，同样是因为材料表面与心部不可能同时发生相变导致残余应力的产生。(www.xing528.com)

因此，一方面，对不同加工工艺采用的分析残余应力的模型有共同之处，可以互相借鉴；另一方面，由于工艺不同，各种残余应力的形成又有特殊性。

热处理一般是热加工最后的工艺，如果出现由于应力造成的变形与开裂，产生的危害也最大。热处理工艺中产生残余应力的主要工艺是淬火工艺，下面将详细地论述该工艺残余应力产生的原理与一般的研究结论，将这些结论尽量用到其他工艺中进行分析。