磨削残余应力及其应用

磨削加工是指由嵌有许多小刀具的砂轮进行的切削加工。这种磨削所产生的试样加工变形层比一般切削更局限于表面，并且伴随着很大的发热现象。

磨削残余应力主要是由磨削过程中的机械作用应力、热应力和相变应力综合作用的结果［8］。

1）磨粒的机械作用引起塑性变形而形成的残余压应力

在磨削过程中，工件表面层的材料会产生很大的塑性变形，并在工件与磨粒刃尖接触点附近形成赫兹型应力场，导致工件表面层形成残余压应力。一般来讲，由于这种机械作用被局限于5～15μm的深度范围，因此，仅在工件表面的极薄层分布着这种残余压应力。

2）磨削热造成热塑性变形而形成的残余拉应力(www.xing528.com)

磨削时会产生大量的磨削热，使工件磨削区的表面层金属承受瞬时高温而膨胀。由于受到下层金属的束缚，使其产生很大的压应力，此压应力很容易超过工件材料的屈服强度而产生塑性变形。在冷却过程中，表面部分将存在残余压应变，而产生残余拉应力。因此，所有能降低磨削温度的因素都可以减小残余拉应力。

3）组织变化引起的残余应力

组织变化引起的残余应力即相变应力，也是由磨削热引起的。这是因为，只有在达到一定的温度时，工件材料才能发生组织的转变。但由于组织变化不同于热塑性变形，因此它们对残余应力的影响也不相同。相变产生残余应力的性质取决于相变的类型。当由比体积小的相向比体积大的相转变时（如马氏体转变为奥氏体），会产生残余拉应力；反之，则产生残余压应力（如回火马氏体转变为非回火马氏体）。

因此，对于钢类工件，在磨削温度未达到二次淬火温度时，由于马氏体的回火效应使工件体积收缩，在表面层形成残余拉应力；而当磨削温度达到二次淬火温度时，二次淬火层内的回火马氏体转变为非回火马氏体会使体积膨胀，而在二次淬火层内形成残余压应力。但对于含碳量高的钢材，如果二次淬火层内产生大量的残留奥氏体，那么该层就会产生收缩，同样会形成残余拉应力。