Что такое Остаточная сила?

Во-первых, существует официальное определение: остаточное напряжение заключается в том, что на заготовку будут воздействовать различные технологические факторы в процессе производства; При исчезновении этих факторов, если вышеуказанные эффекты и влияния на компонент не могут полностью исчезнуть, а некоторые из них остаются в компоненте, то остаточное воздействие и влияние является остаточным напряжением.

Немного кружится голова? Давайте поговорим об этом в популярной форме. Например, раньше человек был очень худым и купил джинсы L-размера. Однако через год он сильно потолстел. Когда он снова наденет эти джинсы, он почувствует, что его брюки стали слишком узкими, потому что он был толстым, а его брюки не изменились. В это время между его телом и штанами была сильная сила. Если бы он применил слишком большую силу, их было бы легко разорвать. Эта разрушительная сила является следствием остаточного напряжения. С точки зрения работы энергии, когда внешняя сила вызывает пластическую деформацию объекта, она вызывает внутреннюю деформацию объекта, тем самым накапливая часть энергии; При устранении внешней силы будет высвобождаться энергия с неравномерным распределением внутренних напряжений. Если хрупкость объекта низкая, он будет медленно деформироваться, а если хрупкость высокая, то в нем образуются трещины.

Остаточное напряжение очень распространено в механическом производстве и часто возникает в каждом процессе. Однако по существу причины остаточных напряжений можно разделить на три категории.

Первый тип — неравномерная пластическая деформация;

Второй тип – неравномерное изменение температуры;

Третий тип — неоднородный фазовый переход.

Вред остаточного напряжения можно увидеть из классификации остаточного напряжения. Остаточное напряжение может вызвать медленную деформацию объекта, привести к изменению размера объекта, привести к некачественному размеру обрабатываемой детали, привести к потере точности всего инструмента и стать браком в производстве. инструмента, а на литейных и поковочных заготовках появляются трещины или даже разрушения. В то же время анализируются усталостная прочность, стойкость к коррозии под напряжением, механические свойства всего инструмента. Размерная стабильность и срок службы также имеют очень важное значение.

В процессе охлаждения возникают остаточные термические напряжения из-за неравномерного охлаждения, вызванного нерациональным процессом, что приводит к разрушению отливки.

Рис. 1 Разрушение отливки при охлаждении

В процессе закалки при термообработке мартенситное превращение переохлажденного аустенита легко вызывает разрушение материала.

Рис. 2 Разрушение металла при закалке

Измерение остаточного напряжения Измерение остаточного напряжения можно разделить на механический метод, химический метод и рентгеновский метод.

Механический метод

Наиболее распространенным механическим методом является метод сверления (также известный как метод глухих отверстий). При работе от объекта отрезается отрезок прутка (или трубы), длина которого в три раза больше его диаметра, и в центре просверливается сквозное отверстие. Затем буровой штангой или буровым долотом изнутри снимается тонкий слой металла, причем каждый раз снимается около 51ТР2Т площади поперечного сечения. После удаления измеряют удлинение длины образца и удлинение диаметра.

Строится кривая зависимости между этими значениями и площадью сечения ствола скважины, и производная любой точки на кривой получается методом рисования, чтобы охарактеризовать скорость изменения удлинения и сечения ствола скважины, а затем значение остаточного напряжения может быть получено путем замены соответствующую формулу напряжения.

Химический метод

Есть две идеи химического закона. Одна из идей состоит в том, чтобы поместить образец в подходящий раствор, измерить время от начала коррозии до обнаружения трещин и оценить остаточное напряжение в зависимости от времени. В качестве раствора могут использоваться ртуть и ртутьсодержащие соли для оловянной бронзы и слабые щелочи и нитраты для стали; Другая идея состоит в том, чтобы погрузить образец в подходящий раствор и взвешивать его через определенные промежутки времени. Таким образом, мы можем получить кривую зависимости между уменьшением веса и временем и сравнить ее со стандартной кривой, чтобы определить величину остаточного напряжения. Чем выше положение полученной кривой, чем эталонная кривая, тем больше остаточное напряжение в объекте.

Рис. 3 Погружение металла для испытания химическим методом

Рентгеновский метод может использовать рентгеновские лучи для проникновения в металлические детали, а метод Лауэ может качественно определить остаточное напряжение, мешая изменению формы пятна.

Рисунок 4 Принцип рентгенологического метода

При отсутствии остаточного напряжения пятна интерференции распределяются точками. При наличии остаточного напряжения пятна интерференции удлиняются и приобретают форму звезды.

(a) Остаточное напряжение отсутствует（ b) Остаточное напряжение существует

Рисунок 5. Результаты измерений методом Лауэ.

Метод Дебая позволяет количественно измерить остаточное напряжение, которое можно определить по положению, ширине и интенсивности дифракционной линии на диаграмме Дебая.

Подводя итог, можно сказать, что механический метод и химический метод являются разрушающими методами контроля, которые требуют локального отбора проб объекта контроля, а повреждение после тестирования необратимо; Рентгеновский метод – это метод неразрушающего контроля, позволяющий сохранить целостность объекта. Механический метод может точно определить размер и распределение остаточного напряжения, что обычно подходит для объектов в форме стержней или труб; Химический метод подходит для объектов проволочного и листового типа, но химический метод может дать только качественную оценку, количественную характеристику получить трудно; Хотя рентгеновский метод является «неразрушающим» методом, он подходит только для некоторых материалов, которые могут давать четкие и четкие дифракционные линии, и из-за малой проекционной способности рентгеновского излучения он может обнаруживать только часть объект близко к поверхности.

Устранение остаточного напряжения, поскольку существует так много опасностей остаточного напряжения, очень необходим эффективный метод устранения. Существует четыре метода устранения: термическая обработка, статическая герметизация, вибрационное старение и механическая обработка.

Термическая обработка

Термическая обработка заключается в использовании эффекта термической релаксации остаточного напряжения для устранения или уменьшения остаточного напряжения. Как правило, используются отжиг и отпуск.

Наддув статической нагрузки предназначен для регулировки остаточного напряжения заготовки путем пластической деформации всего или части или даже микроучастка. Например, большие сосуды под давлением после сварки находятся под давлением внутри, что называется «вздутием», так что сварное соединение имеет небольшую пластическую деформацию, чтобы уменьшить остаточное напряжение сварки.

Рис. 6 Большой масляный бак после обработки вздутием

VSR на английском языке называется снятием напряжения с вибрации. Снятие вибрационного напряжения (VSR) является распространенным методом устранения внутреннего остаточного напряжения в инженерных материалах. Из-за вибрации, когда векторная сумма внутреннего остаточного напряжения и дополнительного вибрационного напряжения заготовки превышает предел текучести материала, в материале возникает небольшая пластическая деформация, так что внутреннее напряжение материала может быть ослаблено. и уменьшено.

Рисунок 7. Система VSR для количественной оценки деформации

Механическая обработка заключается в снижении остаточных напряжений путем применения метода малой пластической деформации на поверхности изделия, включающего соударение частей друг с другом, поверхностную прокатку, поверхностную протяжку и поверхностную проклейку и тонкое прессование в форме. Например, одним из преимуществ глажки является устранение остаточного напряжения.