Em primeiro lugar, existe uma definição oficial: tensão residual é que a peça de trabalho será afetada por vários fatores de processo no processo de fabricação; Quando esses fatores desaparecem, se os efeitos e influências acima no componente não podem desaparecer completamente, e alguns deles permanecem no componente, então o efeito residual e a influência são tensões residuais.

Um pouco tonto? Vamos falar sobre isso de uma forma popular. Por exemplo, uma pessoa era muito magra antes e comprou uma calça jeans tamanho L. No entanto, depois de um ano, ele ficou muito gordo. Quando voltasse a usar esses jeans, sentiria que suas calças estavam muito apertadas porque ele era gordo e suas calças não mudavam. Neste momento, havia uma forte força entre seu corpo e suas calças. Se ele usasse muita força, era fácil rasgá-los. Essa força destrutiva é o efeito do estresse residual. Do ponto de vista do trabalho energético, quando a força externa provoca a deformação plástica do objeto, causará a deformação interna do objeto, acumulando assim parte da energia; Quando a força externa é eliminada, a energia com distribuição de tensão interna desigual será liberada. Se a fragilidade do objeto for baixa, ele se deformará lentamente, e se a fragilidade for alta, formará rachaduras.

A tensão residual é muito comum na fabricação mecânica e geralmente ocorre em todos os processos. No entanto, em essência, as causas do estresse residual podem ser divididas em três categorias

O primeiro tipo é a deformação plástica não uniforme;

O segundo tipo é a mudança de temperatura desigual;

O terceiro tipo é a transição de fase não homogênea.

O dano do estresse residual pode ser visto a partir da classificação do estresse residual. A tensão residual pode causar a deformação lenta do objeto, levar à mudança do tamanho do objeto, levar ao tamanho não qualificado da peça usinada, levar à perda de precisão de todo o instrumento e tornar-se uma sucata na produção do instrumento, e as peças de fundição e forjamento apresentam trincas ou mesmo fraturas. Ao mesmo tempo, a resistência à fadiga, resistência à corrosão sob tensão, as propriedades mecânicas de todo o instrumento são analisadas A estabilidade dimensional e a vida útil também têm um impacto muito importante.

Durante o processo de resfriamento, o estresse térmico residual é produzido devido ao resfriamento desigual causado pelo processo não razoável, o que leva à fratura da peça fundida

O que é Força Residual? 2

Fig. 1 fratura da fundição durante o resfriamento

Durante o processo de têmpera de tratamento térmico, a transformação martensítica da austenita subresfriada é fácil de causar fratura do material

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Fig. 2 fratura de metal durante a têmpera

Medição da tensão residual A medição da tensão residual pode ser dividida em método mecânico, método químico e método de raios-X.

Método mecânico

O método mecânico mais comum é o método de perfuração (também conhecido como método de furo cego). Em operação, uma seção de barra (ou tubo) cujo comprimento é três vezes seu diâmetro é cortada do objeto e um furo passante é perfurado no centro. Em seguida, uma fina camada de metal é removida de dentro pela haste ou broca, e cerca de 5% da área da seção transversal é removida a cada vez. Após a remoção, o alongamento do comprimento da amostra e o alongamento do diâmetro são medidos.

A curva de relação entre esses valores e a área da seção do poço é desenhada, e a derivada de qualquer ponto na curva é obtida pelo método de desenho para caracterizar a taxa de variação do alongamento e da seção do poço, e então o valor da tensão residual pode ser obtido substituindo o fórmula de tensão correspondente.

Método químico

Existem duas idéias de lei química. Uma ideia é invadir a amostra em uma solução adequada, medir o tempo desde o início da corrosão até a descoberta de trincas e julgar a tensão residual de acordo com o tempo. A solução utilizada pode ser mercúrio e sais contendo mercúrio para bronze de estanho e álcali fraco e nitrato para aço; Outra ideia é mergulhar a amostra em uma solução adequada e pesá-la em intervalos. Desta forma, podemos obter uma curva de relação entre redução de peso e tempo, e compará-la com a curva padrão para determinar o tamanho do estresse residual. Quanto maior a posição da curva obtida em relação à curva padrão, maior a tensão residual no objeto.

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Figura 3 Imersão do metal a ser testado por método químico

O método de raios X pode usar raios X para penetrar em peças metálicas, e o método Laue pode determinar qualitativamente a tensão residual interferindo na mudança da forma do ponto.

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Figura 4 Princípio do método de raios-X

Quando não há tensão residual, os pontos de interferência são distribuídos como pontos. Quando há tensão residual, os pontos de interferência se alongam e mostram a forma de “estrela”.

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(a) Não há tensão residual( b) Existe tensão residual

Figura 5 Resultados de medição do método Laue

O método de Debye pode medir quantitativamente a tensão residual, que pode ser determinada de acordo com a posição, largura e intensidade da linha de difração no diagrama de Debye.

Resumindo, o método mecânico e o método químico são métodos de ensaio destrutivos, que requerem amostragem local do objeto a ser testado, e o dano é irreversível após o ensaio; O método de raios-X é um método de teste não destrutivo, que pode manter a integridade do objeto. O método mecânico pode determinar com precisão o tamanho e a distribuição da tensão residual, que geralmente é adequada para objetos em forma de barra ou tubo; O método químico é adequado para objetos do tipo fio e folha, mas o método químico só pode fazer um julgamento qualitativo, é difícil obter uma descrição quantitativa; Embora o método de raios-X seja um método “não destrutivo”, ele é adequado apenas para alguns materiais que podem fornecer linhas de difração claras e nítidas e, devido à pequena capacidade de projeção de raios-X, ele só pode detectar a parte do objeto próximo à superfície.

A eliminação do estresse residual, uma vez que existem tantos riscos de estresse residual, o método de eliminação eficaz é muito necessário. Existem quatro métodos de eliminação: tratamento térmico, pressurização de carga estática, envelhecimento por vibração e tratamento mecânico.

Tratamento térmico

O tratamento térmico é usar o efeito de relaxamento térmico do estresse residual para eliminar ou reduzir o estresse residual. Geralmente, recozimento e têmpera são usados.

A pressurização de carga estática é para ajustar a tensão residual da peça de trabalho por deformação plástica de todo ou parte ou mesmo micro área. Por exemplo, grandes vasos de pressão, após a soldagem, são pressurizados internamente, o que é chamado de “abaulamento”, para que a junta de soldagem tenha uma pequena deformação plástica, de modo a reduzir a tensão residual de soldagem.

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Figura 6 Grande tanque de óleo após tratamento de abaulamento

VSR é chamado de alívio de estresse de vibração em inglês. Alívio de tensão vibratória (VSR) é um método comum para eliminar a tensão residual interna de materiais de engenharia. Através da vibração, quando a soma vetorial da tensão residual interna e a tensão de vibração adicional da peça excede a resistência ao escoamento do material, ocorre uma pequena deformação plástica no material, de modo que a tensão interna do material pode ser relaxada e reduzido.

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Figura 7 sistema VSR quantificável de tensão

O tratamento mecânico é reduzir a tensão residual usando o método de pequena deformação plástica na superfície do objeto, incluindo peças que colidem umas com as outras, laminação de superfície, desenho de superfície e dimensionamento de superfície e prensagem fina no molde. Por exemplo, uma das vantagens de passar a ferro é a eliminação do estresse residual.

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