Was ist Restkraft?

Zunächst gibt es eine offizielle Definition: Eigenspannung ist, dass das Werkstück durch verschiedene Prozessfaktoren im Herstellungsprozess beeinflusst wird; Wenn diese Faktoren verschwinden, wenn die oben genannten Effekte und Einflüsse auf das Bauteil nicht vollständig verschwinden können und einige davon im Bauteil verbleiben, dann ist der Resteffekt und -einfluss Restspannung.

Etwas schwindelig? Lassen Sie uns auf volkstümliche Weise darüber sprechen. Zum Beispiel war eine Person zuvor sehr dünn und kaufte sich eine Jeans in Größe L. Nach einem Jahr wurde er jedoch sehr dick. Wenn er diese Jeans wieder trug, fühlte er, dass seine Hose zu eng war, weil er dick war und seine Hose sich nicht veränderte. Zu diesem Zeitpunkt gab es eine starke Kraft zwischen seinem Körper und seiner Hose. Wenn er zu viel Kraft aufwendete, war es leicht, sie zu zerreißen. Diese zerstörerische Kraft ist die Wirkung von Eigenspannungen. Aus der Perspektive der Energiearbeit verursacht die äußere Kraft, wenn sie die plastische Verformung des Objekts verursacht, die innere Verformung des Objekts, wodurch ein Teil der Energie akkumuliert wird; Wenn die äußere Kraft beseitigt wird, wird die Energie mit ungleichmäßiger innerer Spannungsverteilung freigesetzt. Wenn die Sprödigkeit des Objekts gering ist, verformt es sich langsam, und wenn die Sprödigkeit hoch ist, bildet es Risse.

Eigenspannungen sind in der mechanischen Fertigung weit verbreitet und treten häufig in jedem Prozess auf. Grundsätzlich lassen sich die Ursachen von Eigenspannungen jedoch in drei Kategorien einteilen

Der erste Typ ist eine ungleichmäßige plastische Verformung;

Der zweite Typ ist eine ungleichmäßige Temperaturänderung;

Der dritte Typ ist ein inhomogener Phasenübergang.

Die Schädlichkeit der Eigenspannung lässt sich anhand der Klassifizierung der Eigenspannung erkennen. Die Restspannung kann die langsame Verformung des Objekts verursachen, zu einer Änderung der Größe des Objekts führen, zu einer unqualifizierten Größe des bearbeiteten Werkstücks führen, zu einem Genauigkeitsverlust des gesamten Instruments führen und zu Ausschuss in der Produktion werden des Instruments, und die Guss- und Schmiedewerkstücke zeigen Risse oder sogar Brüche. Dabei werden Dauerfestigkeit, Spannungskorrosionsbeständigkeit, die mechanischen Eigenschaften des gesamten Instruments, Maßhaltigkeit und Lebensdauer ebenfalls von großer Bedeutung.

Während des Abkühlvorgangs entsteht die thermische Restspannung aufgrund der ungleichmäßigen Abkühlung, die durch den unzumutbaren Vorgang verursacht wird, was zum Bruch des Gussstücks führt

Abb. 1 Gussbruch beim Abkühlen

Während des Abschreckprozesses der Wärmebehandlung kann die martensitische Umwandlung von unterkühltem Austenit leicht zu Materialbrüchen führen

Abb. 2 Metallbruch beim Abschrecken

Messung der Eigenspannung Die Messung der Eigenspannung kann in mechanische Verfahren, chemische Verfahren und Röntgenverfahren unterteilt werden.

Mechanische Methode

Das gebräuchlichste mechanische Verfahren ist das Bohrverfahren (auch als Sacklochverfahren bekannt). Im Betrieb wird ein Stangenabschnitt (oder Rohr), dessen Länge das Dreifache seines Durchmessers beträgt, von dem Objekt abgeschnitten, und in der Mitte wird ein Durchgangsloch gebohrt. Anschließend wird mit der Bohrstange oder dem Bohrmeißel eine dünne Metallschicht von innen abgetragen, und zwar jeweils etwa 5% der Querschnittsfläche. Nach der Entnahme werden die Dehnung der Probenlänge und die Dehnung des Durchmessers gemessen.

Die Beziehungskurve zwischen diesen Werten und der Bohrlochquerschnittsfläche wird gezeichnet, und die Ableitung eines beliebigen Punktes auf der Kurve wird durch ein Zeichenverfahren erhalten, um die Änderungsrate der Dehnung und des Bohrlochquerschnitts zu charakterisieren, und dann kann der Restspannungswert durch Ersetzen von erhalten werden entsprechende Spannungsformel.

Chemische Methode

Es gibt zwei Ideen des Chemikalienrechts. Eine Idee ist, die Probe in eine geeignete Lösung einzutauchen, die Zeit vom Beginn der Korrosion bis zur Entdeckung von Rissen zu messen und die Eigenspannung nach der Zeit zu beurteilen. Die verwendete Lösung kann Quecksilber und quecksilberhaltige Salze für Zinnbronze und schwaches Alkali und Nitrat für Stahl sein; Eine andere Idee ist, die Probe in eine geeignete Lösung zu tauchen und sie in Intervallen zu wiegen. Auf diese Weise können wir eine Beziehungskurve zwischen Gewichtsreduktion und Zeit erhalten und diese mit der Standardkurve vergleichen, um die Größe der Restspannung zu bestimmen. Je höher die Position der erhaltenen Kurve ist als die Standardkurve, desto größer ist die Restspannung im Objekt.

Abbildung 3 Eintauchen von Metall, das mit einem chemischen Verfahren getestet werden soll

Die Röntgenmethode kann Röntgenstrahlen verwenden, um Metallteile zu durchdringen, und die Laue-Methode kann die Restspannung qualitativ bestimmen, indem sie die Änderung der Punktform stört.

Abbildung 4 Prinzip der Röntgenmethode

Wenn keine Restspannung vorhanden ist, sind die Störstellen als Punkte verteilt. Bei Eigenspannung verlängern sich die Störstellen und zeigen eine „Stern“-Form.

(a) Es gibt keine Restspannung. （ b) Es ist eine Restspannung vorhanden

Abbildung 5 Messergebnisse der Laue-Methode

Die Debye-Methode kann die Restspannung quantitativ messen, die anhand der Position, Breite und Intensität der Beugungslinie im Debye-Diagramm bestimmt werden kann.

Zusammenfassend sind das mechanische Verfahren und das chemische Verfahren zerstörende Prüfverfahren, die eine lokale Probenahme des zu prüfenden Objekts erfordern und der Schaden nach dem Test irreversibel ist; Die Röntgenmethode ist eine zerstörungsfreie Prüfmethode, die die Integrität des Objekts aufrechterhalten kann. Das mechanische Verfahren kann die Größe und Verteilung der Restspannung genau bestimmen, was im Allgemeinen für stab- oder rohrförmige Objekte geeignet ist; Die chemische Methode ist für Objekte vom Typ Draht und Blech geeignet, aber die chemische Methode kann nur eine qualitative Beurteilung abgeben, es ist schwierig, eine quantitative Beschreibung zu erreichen; Obwohl die Röntgenmethode eine „zerstörungsfreie“ Methode ist, ist sie nur für einige Materialien geeignet, die klare und scharfe Beugungslinien ergeben können, und aufgrund der geringen Projektionsfähigkeit von Röntgenstrahlen kann sie nur einen Teil des Materials erkennen Objekt nah an der Oberfläche.

Beseitigung von Eigenspannungen Da es so viele Gefahren von Eigenspannungen gibt, ist eine wirksame Beseitigungsmethode sehr notwendig. Es gibt vier Eliminierungsmethoden: Wärmebehandlung, Druckbeaufschlagung mit statischer Belastung, Vibrationsalterung und mechanische Behandlung.

Wärmebehandlung

Die Wärmebehandlung dient dazu, den thermischen Entspannungseffekt von Eigenspannungen zu nutzen, um Eigenspannungen zu beseitigen oder zu reduzieren. Im Allgemeinen werden Glühen und Anlassen verwendet.

Statische Druckbeaufschlagung dient dazu, die Restspannung des Werkstücks durch plastische Verformung des gesamten oder eines Teils oder sogar eines Mikrobereichs einzustellen. Zum Beispiel werden große Druckbehälter nach dem Schweißen innen unter Druck gesetzt, was als „Ausbeulen“ bezeichnet wird, so dass die Schweißverbindung eine geringe plastische Verformung aufweist, um die Schweißeigenspannung zu verringern.

Abbildung 6 Großer Öltank nach der Ausbeulbehandlung

VSR heißt auf Englisch Vibration Stress Relief. Vibrationsspannungsabbau (VSR) ist eine gängige Methode, um die innere Restspannung von technischen Materialien zu beseitigen. Durch Vibration, wenn die Vektorsumme der Eigenspannung und der zusätzlichen Vibrationsspannung des Werkstücks die Streckgrenze des Materials übersteigt, tritt im Material eine geringfügige plastische Verformung auf, so dass die Eigenspannung des Materials entspannt werden kann und reduziert.

Abbildung 7 Dehnungsquantifizierbares VSR-System

Die mechanische Behandlung soll die Restspannung reduzieren, indem die Methode der kleinen plastischen Verformung auf der Oberfläche des Objekts verwendet wird, einschließlich der miteinander kollidierenden Teile, des Oberflächenwalzens, des Oberflächenziehens und der Oberflächenkalibrierung und des Feinpressens in der Form. Einer der Vorteile des Bügelns ist beispielsweise der Wegfall von Eigenspannungen.