Lực lượng dư là gì?

Trước hết, có một định nghĩa chính thức: ứng suất dư là phôi sẽ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố quy trình khác nhau trong quá trình sản xuất; Khi các yếu tố này biến mất, nếu các tác động và ảnh hưởng trên lên cấu kiện không thể biến mất hoàn toàn và một số vẫn còn trong cấu kiện, thì tác động và ảnh hưởng còn lại là ứng suất dư.

Một chút chóng mặt? Hãy nói về nó một cách bình dân. Ví dụ, một người trước đây rất gầy và đã mua một chiếc quần jean cỡ L. Tuy nhiên, sau một năm, anh trở nên rất béo. Khi anh ấy mặc lại chiếc quần jean này, anh ấy sẽ cảm thấy quần của mình quá chật vì anh ấy béo và quần của anh ấy không thay đổi. Lúc này, giữa người anh và quần có một lực rất mạnh. Nếu anh ta dùng lực quá mạnh, rất dễ làm chúng bị rách, Lực phá hoại này là tác dụng của ứng suất dư. Từ góc độ của công năng lượng, khi ngoại lực gây ra sự biến dạng dẻo của vật thể, nó sẽ gây ra sự biến dạng bên trong của vật thể, do đó tích lũy một phần năng lượng; Khi ngoại lực bị loại bỏ, năng lượng với sự phân bố ứng suất bên trong không đồng đều sẽ được giải phóng. Nếu độ giòn của vật thể thấp, nó sẽ biến dạng chậm và nếu độ giòn cao, nó sẽ hình thành các vết nứt.

Ứng suất dư rất phổ biến trong ngành chế tạo cơ khí và nó thường xuyên xuất hiện trong mọi quá trình. Tuy nhiên, về bản chất, các nguyên nhân gây ra ứng suất dư có thể được chia thành ba loại

Loại thứ nhất là biến dạng dẻo không đồng nhất;

Loại thứ hai là nhiệt độ thay đổi không đồng đều;

Loại thứ ba là chuyển pha không đồng nhất.

Có thể thấy tác hại của ứng suất dư từ việc phân loại ứng suất dư. Ứng suất dư có thể gây ra biến dạng chậm của vật thể, dẫn đến thay đổi kích thước của vật thể, dẫn đến kích thước phôi gia công không đủ tiêu chuẩn, dẫn đến mất độ chính xác của toàn bộ dụng cụ và trở thành phế liệu trong sản xuất của dụng cụ, và các phôi đúc và rèn xuất hiện các vết nứt hoặc thậm chí là gãy. Đồng thời, độ bền mỏi, khả năng chống ăn mòn ứng suất, tính chất cơ học của toàn bộ thiết bị được phân tích Độ ổn định kích thước và tuổi thọ cũng có tác động rất quan trọng.

Trong quá trình làm mát, ứng suất nhiệt dư được tạo ra do quá trình làm mát không đồng đều gây ra bởi quá trình không hợp lý, dẫn đến gãy vật đúc

Hình 1 vết nứt của vật đúc trong quá trình làm nguội

Trong quá trình làm nguội của xử lý nhiệt, sự biến đổi martensitic của austenite chưa được làm mát rất dễ gây ra gãy xương vật liệu

Hình 2 gãy kim loại trong quá trình tôi

Đo ứng suất dư Việc đo ứng suất dư có thể được chia thành phương pháp cơ học, phương pháp hóa học và phương pháp tia X.

phương pháp cơ học

Phương pháp cơ học phổ biến nhất là phương pháp khoan (còn gọi là phương pháp lỗ mù). Khi vận hành, một phần của thanh (hoặc ống) có chiều dài gấp ba lần đường kính của nó được cắt khỏi vật thể và một lỗ xuyên qua được khoan ở giữa. Sau đó, một lớp kim loại mỏng được loại bỏ từ bên trong bằng thanh khoan hoặc mũi khoan và khoảng 5% diện tích mặt cắt ngang được loại bỏ mỗi lần. Sau khi loại bỏ, độ giãn dài của chiều dài mẫu và độ giãn dài của đường kính được đo.

Đường cong quan hệ giữa các giá trị này và diện tích tiết diện lỗ khoan được vẽ và đạo hàm của bất kỳ điểm nào trên đường cong thu được bằng phương pháp vẽ để mô tả tốc độ thay đổi của độ giãn dài và tiết diện lỗ khoan, sau đó giá trị ứng suất dư có thể thu được bằng cách thay thế công thức ứng suất tương ứng.

phương pháp hóa học

Có hai ý tưởng về định luật hóa học. Một ý tưởng là xâm nhập mẫu vào một dung dịch thích hợp, đo thời gian từ khi bắt đầu ăn mòn đến khi phát hiện ra các vết nứt và đánh giá ứng suất dư theo thời gian. Dung dịch được sử dụng có thể là thủy ngân và muối chứa thủy ngân đối với đồng thiếc, kiềm yếu và nitrat đối với thép; Một ý tưởng khác là nhúng mẫu vào dung dịch thích hợp và cân nó theo từng khoảng thời gian. Bằng cách này, chúng ta có thể có được đường cong quan hệ giữa giảm trọng lượng và thời gian, đồng thời so sánh nó với đường cong chuẩn để xác định kích thước của ứng suất dư. Vị trí của đường cong thu được càng cao so với đường chuẩn thì ứng suất dư trong vật càng lớn.

Hình 3 Ngâm kim loại cần thử bằng phương pháp hóa học

Phương pháp tia X có thể sử dụng tia X để xuyên qua các bộ phận kim loại và phương pháp Laue có thể xác định một cách định tính ứng suất dư bằng cách can thiệp vào sự thay đổi hình dạng vết.

Hình 4 Nguyên tắc của phương pháp X-quang

Khi không có ứng suất dư, các điểm giao thoa được phân bố dưới dạng các chấm. Khi có ứng suất dư, các điểm giao thoa kéo dài ra và có hình dạng “Ngôi sao”.

(a) Không có ứng suất dư（ b) Có ứng suất dư

Hình 5 Kết quả đo của phương pháp Laue

Phương pháp Debye có thể đo ứng suất dư một cách định lượng, ứng suất dư này có thể được xác định theo vị trí, độ rộng và cường độ của vạch nhiễu xạ trên giản đồ Debye.

Tóm lại, phương pháp cơ học và phương pháp hóa học là các phương pháp thử nghiệm phá hủy, yêu cầu lấy mẫu cục bộ của đối tượng được thử nghiệm và thiệt hại là không thể phục hồi sau khi thử nghiệm; Phương pháp chụp X-quang là phương pháp kiểm tra không phá hủy, có thể duy trì tính toàn vẹn của đối tượng. Phương pháp cơ học có thể xác định chính xác kích thước và sự phân bố ứng suất dư, thường phù hợp với các vật thể dạng thanh hoặc dạng ống; Phương pháp hóa học phù hợp với các đối tượng dạng dây và dạng tấm, nhưng phương pháp hóa học chỉ có thể đưa ra phán đoán định tính, khó đạt được mô tả định lượng; Phương pháp tia X tuy là phương pháp “không phá hủy” nhưng nó chỉ phù hợp với một số vật liệu có thể cho các vạch nhiễu xạ rõ nét và do khả năng chiếu tia X nhỏ nên nó chỉ phát hiện được một phần của vật liệu. đối tượng gần bề mặt.

Việc loại bỏ ứng suất dư do ứng suất dư có rất nhiều mối nguy hiểm nên phương pháp loại bỏ hiệu quả là rất cần thiết. Có bốn phương pháp loại bỏ: xử lý nhiệt, điều áp tải tĩnh, lão hóa rung và xử lý cơ học.

xử lý nhiệt

Xử lý nhiệt là sử dụng hiệu ứng thư giãn nhiệt của ứng suất dư để loại bỏ hoặc giảm ứng suất dư. Nói chung, ủ và ủ được sử dụng.

Điều áp tải tĩnh là điều chỉnh ứng suất dư của phôi bằng biến dạng dẻo của toàn bộ hoặc một phần hoặc thậm chí là diện tích vi mô. Ví dụ, các bình chịu áp lực lớn, sau khi hàn, được tạo áp suất bên trong, hiện tượng này được gọi là “phình”, để mối hàn có một lượng biến dạng dẻo nhỏ, để giảm ứng suất dư hàn.

Hình 6 Bình dầu lớn sau khi xử lý phồng

VSR được gọi là giảm căng thẳng rung bằng tiếng Anh. Giảm ứng suất rung (VSR) là một phương pháp phổ biến để loại bỏ ứng suất dư bên trong của vật liệu kỹ thuật. Thông qua rung động, khi tổng vectơ của ứng suất dư bên trong và ứng suất rung bổ sung của phôi vượt quá cường độ năng suất của vật liệu, một lượng nhỏ biến dạng dẻo xảy ra trong vật liệu, do đó ứng suất bên trong của vật liệu có thể được thư giãn và giảm.

Hình 7 hệ thống VSR có thể định lượng biến dạng

Xử lý cơ học là làm giảm ứng suất dư bằng phương pháp biến dạng dẻo nhỏ trên bề mặt vật thể bao gồm các chi tiết va chạm vào nhau, cán bề mặt, kéo bề mặt và định cỡ bề mặt và ép tinh trong khuôn. Ví dụ, một trong những ưu điểm của ủi là loại bỏ ứng suất dư.